Forureningens udvikling og karakter

Kvælstofindholdet i importeret foder var ubetydeligt i år 1900, men steg til 95.000 tons i 1959 og 210.000 tons i 1979. Den mængde kvælstof, landbruget brugte i kunstgødning var også ubetydelig i år 1900, men den steg eksplosivt til næsten 400.000 tons i 1979. Siden er denne forbrugte mængde reduceret markant frem til i dag, 2012 (figur 3-8).

I år 1900 var landbrugets samlede udledning af kvælstof til omgivelserne lav, men dens faktiske størrelse er ukendt. Derefter voksede udledningen eksplosivt og nåede 490.000 tons i 1979. Siden er den ifølge de officielle statistikker faldet til ca. 400.000 tons i 1992 og omkring det halve i 2009 pga. det ovenfor nævnte mindre forbrug og en bedre udnyttelse af kvælstoffet i landbrugsproduktionen.

Landbrugsarealets kvælstofoverskud, dvs. den tilførte minus den med afgrøderne fraførte mængde, er faldet markant i perioden 1985 til 2008 (figur 3-9). Konsekvensen har været, at kvælstofindholdet i vandløbene er faldet fra 7-8 mg pr. liter i begyndelsen af 1990’erne til omkring 4 mg pr. liter i 2008-2009 (figur 3-10).

Langt det meste (90 %) af det kvælstof, der ender i de ferske vande, kommer fra markerne (figur 3-11). Derfor har vandløb, der er omgivet af naturarealer, et meget lavere indhold af kvælstof end vandløb omgivet af landbrug (figur 3-12). I naturområder findes det meste af kvælstoffet indbygget i naturligt organisk stof i vandet, mens det meste af landbrugsområdevandløbenes kvælstof findes i vandet som nitrat, der øjeblikkeligt kan indgå i og stimulere plantevækst i vandløbene og senere også i søerne.

Kvælstof tilføres vandløbene som opløst ammonium og nitrat og som bestanddel i organiske partikler. Ammonium kan også tilføres vandløbene tilknyttet overfladen af jordpartiklerne, men denne tilførsel er meget mindre end tilførslen af nitrat opløst i vandet.

Ammonium er en positiv ion (NH₄⁺); den er en vigtig bestanddel i kunstgødning, men kan også blive dannet ved bakteriers nedbrydning af organisk stof (f.eks. husdyrgødning). På negativt ladede jordpartikler sidder ammonium ret fast bundet. Nitrat er en negativt ladet ion (NO₃^-); den tilføres også med kunstgødning og dannes endvidere ved iltning af ammonium, såkaldt nitrifikation. Nitrat sidder til gengæld meget løst bundet til overfladen af partikler i jorden og udvaskes især om vinteren og tidligt om foråret, hvor der løber meget vand ned gennem jorden, og planternes optagelse fra jorden er lav.

Siden 2. Verdenskrig, hvis ikke før, har markerne også haft overskud af fosfor (figur 3-13), men også det har været faldende, nemlig fra omkring 50.000 tons i 1990 til 10.000 tons i 2008. Der er dog altså fortsat et overskud, så fosforindholdet i markjorden vokser. Men da rensningen af by- og industrispildevand er blevet meget bedre, er fosfortilførslen til ferskvand faldet. Derfor er den gennemsnitlige fosforkoncentration i vandløbene mere end halveret fra omkring 0,4 til omkring 0,1 mg pr. liter i perioden 1990-2010 (figur 3-14). Omkring 70 % af denne fosformængde kommer i dag fra dyrkede marker. Dertil kommer en beskeden mængde fra naturarealer og luften. Byer, industri og spredte ejendomme leverer de resterende 30 %, men disse kilder var tidligere, dvs. før man fik effektiv spildevandsrensning, de dominerende.

Fosforindholdet var i 2011 lavest i de vandløb, der løb gennem naturområder – i snit omkring 0,06 mg pr. liter (figur 3-15). Chancen for at finde rene søer var derfor også størst i sådanne områder. Fosforindholdet var højere i vandløb gennem dyrkede områder – i snit 0,11 mg pr. liter – og endnu højere (0,14 mg pr. liter), hvis der også fandtes punktkilder til fosfor såsom spredte ejendomme i oplandet. Fosforkoncentrationen var så høj i sådanne vandløb, at hvis de løb til søer, kom disse uanset omstændighederne i øvrigt til at høre til kategorien „næringsrige“.

Fra 1989 til 2009 faldt fosforindholdet mest markant i vandløb med byspildevand og dyrkede arealer og mindst i vandløb præget af dambrug. I vandløb fra naturområder har indholdet som ventet været lavt og nogenlunde konstant gennem hele perioden.

Fosfor tilføres i mindre omfang vandløbene i opløst form end kvælstof gør. Størstedelen tilføres med mineralske og organiske partikler, på hvilke fosfor sidder bundet. Derfor sker den største tilførsel af fosfor om vinteren, hvor vindens og vandets erosion af jordpartiklerne er størst. Det er en af grundene til, at man har dekreteret dyrkningsfrie bræmmer langs vandløbene; derved nedsætter man nemlig risikoen for, at brinkerne eroderes, og jordpartiklerne med deres indhold af fosfor transporteres med det strømmende vand til søer og fjorde. Selv om fosfor sidder fast på jordpartiklerne, når disse kommer ud i overfladevandet, kan det nemlig blive frigjort ved de lavere fosforkoncentrationer og anderledes pH-forhold, der hersker i overfladevandet. Fosforsultne bakterier og alger i overfladevand udskiller endvidere enzymer, som aktivt frigiver fosfor fra dets bindinger til partiklerne.

Tilførslen af opløst fosfor fra markerne er som nævnt lille, selv om den er stigende, fordi jordernes evne til at binde fosfor til jordpartiklerne efterhånden opbruges. Det skyldes den fortsatte stigning i jordernes fosforindhold, der fremkaldes af, at der hvert år tilføres mere fosfor med gødningen, end der fjernes med afgrøderne. I takt med, at fosforbidragene fra byspildevand og spredt bebyggelse er kommet under kontrol, er bidragene fra den dyrkede jord blevet stadigt vigtigere. De er som nævnt af en sådan størrelse, at søer, der får vand fra vandløb, der gennemløber marker, under alle omstændigheder bliver forurenede, selv om de ikke påvirkes af afløb fra byer og spredt bebyggelse.

Grane Langsø er blandt de mest næringsfattige søer i Danmark. Den ligger i et udvasket sandområde i Midtjylland omgivet af skov, og modtager både regnvand og grundvand. Vandet forlader søen igen ved fordampning og via undersøiske kilder.

Søen er med mellemrum blevet undersøgt 60 år tilbage i tiden. Søvandets pH faldt fra i snit 5,55 i slutningen af 1950’erne til i gennemsnit 5,20 i perioden 1975-1992 (figur 3-16). I den sidste periode varierede pH meget og var tidvis markant lavere end 5,0. Udviklingen skyldtes uden tvivl tilførsel af surere regnvand og grundvand.

Den samme udvikling har fundet sted i Store Gribsø i Gribskov i Nordsjælland. Her faldt pH fra 5,2 i 1950 til 4,3 i 1985, men dette fald kan skyldes en kombination af forsuring af nedbøren og en forøgelse af skovens nåletræsareal fra 30 til 70 %. Nåletræer medvirker nemlig til at forstærke forsuringen sammenlignet med løvtræer, fordi nålene skaber en lavere pH end løvtræers blade, når de nedbrydes.

Forsuringens konsekvenser har især været undersøgt i udlandet. Derfra ved man, at antallet af såvel vandplantearter, algearter, smådyrarter og fiskearter går ned. Især blandt snegle, muslinger og krebsdyr findes mange arter, der er følsomme over for lav pH (figur 3-17). Blandt fiskene rammes æg og larver, og rekrutteringen af yngel kan helt ophøre, så der i forsurede søer kun findes gamle fisk og, når de dør af alderdom, til slut slet ingen fisk overhovedet. Blandt vandplanterne forsvinder mange arter, men liden siv og vandmosser kan tåle meget lav pH (surt vand).

De fleste konkrete virkninger på dyrene i Grane Langsø kender vi ikke, men netop vandmosser og liden siv blev mere hyppige i de sure år. I Store Gribsø forsvandt tre arter af krebsdyr i planktonet, og på bunden forsvandt vandbænkebideren og ærtemuslingen mellem 1900 og 1985. I 1980’erne var der kun nogle få store gedder og aborrer tilbage i søen, og yngel fandt man ikke. De dominerende rovdyr var nu store insekter nær bredden og larver af glasmyg, som fik bedre vilkår, fordi småfiskene, som tidligere åd dem, forsvandt.

Grane Langsø er blevet undersøgt igen i perioden 2008-2011, hvor vandets pH-værdi var steget dramatisk, dvs. at vandet var blevet meget mindre surt. Nu lå pH mellem 6,5 og 7,0, og der var et lavt indhold af hydrogenkarbonat (kalk) i vandet, mens det tidligere var nær nul. Det formodes, at ændringerne altovervejende skyldes pH-stigningen i nedbøren, der også har fået pH til at stige i grundvandet. Vandmosser og liden siv var igen gået markant tilbage i søen.

I Store Gribsø var pH også steget, men her skyldtes stigningen formodentlig en kombination af øget nedbørs-pH og lukning af grøfter med surt mosevand, som tidligere løb til søen. Skovvæsenet havde også fældet en del nåleskov og erstattet den med løvskov.

Hvis man fuldstændigt skal forstå, hvad der får søernes pH til at ændre sig, kræves der imidlertid detaljerede studier af pH og kemi i nedbør og grundvand samt måling af de interne, bakterielle processer i søen, som enten kan sænke pH, det gælder f.eks. ammoniums omdannelse til nitrat, eller øge pH, det gælder f.eks. nitrats omdannelse til frit kvælstof. Med den øgede nedbør kan man også godt forestille sig, at der løber mere grundvand til en sø som Grane Langsø (figur 3-18), og at vandet ved at passere gennem jorden får en højere pH-værdi end regnvandet. Landbrugets omfattende forurening med nitrat kan også give anledning til større nitratomdannelse i jorden og i søbunden, og det kan løfte pH. Men sådanne studier findes (endnu) ikke.

Svenskerne har haft et meget større fokus på pH-ændringer i deres søer, og dokumentationen i form af faste målinger over lang tid er sublim. Derfor ved man med sikkerhed, at pH faldt, og svovlindholdet steg i søerne i perioden frem til midten af 1970’erne i takt med et øget indhold af svovlsyre i nedbøren (figur 3-19). En del svenske søer blev samtidig meget klarvandede, fordi lav pH i jorden kan medvirke til at holde farvede humussyrer bundet i jorden, så de ikke udvaskes til søerne.

I de seneste årtier er søvandets pH steget og svovlindholdet faldet som resultat af mindre dannelse af svovlsyre i atmosfæren. Mange af søerne er blevet voldsomt brunvandede, fordi den højere pH i jorderne betyder, at humussyrerne lettere udvaskes. Mange af søerne har derfor mistet deres undervandsplanter. Denne brunfarvning er sikkert forstærket af, at nåletræer dominerer i nutidens svenske skove, og af, at man har foretaget en omfattende dræning af moser med brunt vand. Endvidere bidrager højere temperaturer og øget nedbør gennem de seneste årtier også til øget udvaskning af humusstoffer. Tidligere problemer med forsuring er derfor afløst af nutidige problemer med brunfarvning. Disse problemer kan aftage med tiden i takt med, at humusindholdet i jorderne aftager, og mindre mængder tilføres søerne, men det har lange udsigter.

I søerne kan udfældede humusstoffer ud over uklart vand skabe en løs bund, som planterne dårligt kan stå fast i. Igen og igen kan bølgerne hvirvle de løse humusstoffer op i vandet og gøre det uklart. Derfor er forventningerne til fremtiden både usikre og noget dystre.

Men humusstoffer forbliver ikke upåvirket i søvandet. Nok er humus svært at omsætte, men omsat bliver det. Bakterierne kan ganske langsomt nedbryde humus, og UV-lys vil om sommeren intensivere nedbrydningen. UV-lys indleder spaltning af stofferne, hvilket man kan iagttage ved, at vandet afbleges i sommerhalvåret. Derefter kan bakterierne hurtigere omsætte de delvist nedbrudte bestanddele. Som nævnt kan humus også bundfældes, fordi humusstoffer er store molekyler, som ligger på grænsen mellem at være sandt opløst i vandet og findes som små partikler, såkaldte kolloider. Bundfældes humus og stabiliseres det, kan det blive permanent indbygget i søbunden.

Da humus absorberer UV-lys, beskytter det også organismerne mod UV-skader. Da UV-indstrålingen i perioden steg kraftigt over de arktiske områder pga. en svækkelse af ozonlaget, førte det både til forøget nedbrydning af humus og forøget hyppighed af hudskader på fisk i de mest klarvandede søer. Nu har ozonlaget det bedre igen pga. forbuddet mod at anvende CFC-gasser (f.eks. freon), og fiskene oplever i mindre grad solskoldning.

Søllerød Sø ligger i Søllerød, 15 km nord for Københavns rådhusplads. I dag ligger søen i et villakvarter, men førhen var den omgivet af naturarealer og marker. I Middelalderen lå søen i skov, og vandet var rent, men dog noget brunfarvet af humusstoffer fra skoven. Da der i 1700-tallet blev etableret græsningsoverdrev omkring søen, faldt tilførslen af humusstoffer, mens tilførslen af kalkrigt vand steg. Søllerød Sø blev en klarvandet, kalkrig sø med mange undervandsplanter, der voksede ud til betydelige dybder.

Undersøgelser af planterester i bunden af Arresø, Buresø, Gundsømagle Sø, Sjælsø og Vejlesø dokumenterer, at andre søer i området så ud på samme måde som Søllerød Sø 1700-tallet – klarvandede, fyldt med undervandsvegetation. Langs søbredden var der en naturlig, diffus udsivning af kalkrigt vand fra kildefelter med mosser.

I den sidste halvdel af 1800-tallet steg bosætningen i Søllerød Søs opland, og dermed øgedes næringsbelastningen. Vandet blev mere uklart, og undervandsplanterne gik tilbage i hyppighed (figur A). Udviklingen kan dokumenteres i form af højere fosforindhold i sedimentet fra den tid og mindre forekomst af blade og frø fra undervandsplanter. Denne udvikling tog yderligere fart i 1910, da området blev kloakeret, og spildevandet blev ledt direkte ud i søen. Datidens førende forsker i søer, Carl Wesenberg-Lund, advarede forgæves mod konsekvenserne af udledningen af urenset spildevand.

Spildevandsbelastningen af Søllerød Sø kan registreres i søbunden i form af større fosforindhold og massiv forekomst af hvilesporer fra den humane tarmbakterie Clostridium perfringens. Birkes fra rundstykker og de små nødder fra jordbær dokumenterer også den øgede tilførsel af spildevand. Næringstilførslen medførte massiv opblomstring af planktonalger og total forsvinden af undervandsplanterne.

I 1950‑60’erne var Søllerød Sø en af Danmarks mest forurenede søer. Den havde massive algeopblomstringer om sommeren, pH i søvandet steg til over 10, og der var hyppige tilfælde af iltsvind og fiskedød. Efter at man har ledt spildevandet uden om søen, har den efterhånden fået det bedre, men dog ikke godt. Der er behov for en prognose for, hvordan søen naturligt vil kunne udvikle sig, og om man i givet fald skal supplere med en egentlig sørestaurering for at opnå en god økologisk tilstand.

Furesø er Danmarks klassiske sø. Søen og dens omgivelser var en vigtig inspiration for 1700- og 1800-tallets romantiske digtere og malere. Her boede Danmarks Linné, Otto Frederik Müller, i en lang årrække midt i 1700-tallet som huslærer for grevesønnen på godset Frederiksdal. Müller benyttede Danmarks første mikroskoper til at iagttage, tegne og navngive en lang række hidtil ukendte smådyr og mikroorganismer, som han fangede i søen og i dammene i nabolaget. På dette klassiske sted oprettede Carl Wesenberg- Lund 150 år senere i 1897 Danmarks og Skandinaviens første ferskvandsbiologiske laboratorium.

Ved 1900-tallets begyndelse var Furesø sandsynligvis Skandinaviens mest artsrige sø, men forureningen kom snigende. Søen er ganske stor, vanddybden er Danmarks største (37 m), bundtyperne varierede dengang fra grov stenbund til fin mudderbund, og i år 1900 var søen ganske næringsfattig og havde en sigtdybde på 6‑10 m (figur B). Der var ilt i vandet og et rigt dyreliv ud til de største vanddybder. Det kan tages som tegn på mange levesteder og derfor mange arter.

I vandet levede bl.a. tre 1‑3 cm store og sjældne krebsdyr Mysis relicta (kaldes i dag Mysis salemaai), Pallasea quadrispinosa og Monoporeia affinis (figur C). De foretrækker koldt vand, helst under 15 grader, og et højt iltindhold, og begge krav kunne altid honoreres i eller under springlaget om sommeren i år 1900. De to førstnævnte arter er stadig til stede i Furesø, og Pallasea lever også i andre større, sjællandske søer. Monoporeia affinis er derimod uddød i Danmark. Den levede hos os udelukkende i Furesø, og da ilten i søen forsvandt på de største dybder pga. forurening, forsvandt også Monoporeia affinis. Det sjældne krebsdyr var kommet i klemme mellem kravet til lav temperatur og højt iltindhold (figur D).

Insektlivet var tidligere meget rigt i bredzonen, men mange af arterne forsvandt, da sten-, grus- og sandbunden blev dækket af mudder fra den forøgede produktion af planteplankton. Mudderbundens få tolerante arter rykkede op på lavere vand, mens de mange rentvandskrævende døgnflue-, vårflue-, bille- og guldsmedearter forsvandt. Drivkraften bag forureningen var især fosfor og kvælstof i spildevandet, som berigede søvandet og udløste masseopblomstring af planteplanktonet.

Eksempelvis fik Furesø i år 1900 blot tilført 1,3 tons fosfor fra de svagt gødede marker og de 4400 mennesker, som boede i de små landsbyer Bidstrup, Holte og Virum omkring søen (figur B). Men i takt med, at ti gange så mange mennesker bosatte sig omkring søen, området blev kloakeret, og spildevandet løb urenset eller dårligt renset direkte ud i søen, steg fosfortilførslen mere og mere og nåede til slut op på 37 tons i år 1970. Først da tilledningen af spildevand blev stoppet og rensningen af det gradvist mere effektiv, faldt fosfortilførslen igen, så den i 2010 lå på 1,5‑2,0 tons. Formodentlig kan den komme helt ned på 0,25 tons om året. Smertensbørnene er overløb af urenset spildevand efter kraftige regnskyl fra bl.a. Bidstrup Renden.

Den først stigende og senere faldende forurening af Furesø i løbet af 1900-tallet er sammen med dens konsekvenser for især næringsindhold, vandklarhed og undervandsvegetation særdeles veldokumenteret. I 1911 husede Furesøen 33 arter af undervandsplanter, der voksede ud til 8 m’s dybde (figur E). De største 13 arter blandt de i alt 19 blomsterplanter dominerede ud til 5 meters dybde, mens 10 arter af kransnålalger og fem arter af vandmosser tog over fra 5 til 8 m og endvidere dannede en grøn underskov under de 2‑3 m høje blomsterplanter på lavere vanddybder.

De store blomsterplanter har overlevet i søen under hele forureningen, fordi de vokser op til vandoverfladen og derfor bedre kan tåle det uklare vand, som udviklede sig. Men da sigtdybden faldt til blot 1,6 m om sommeren, faldt deres dybdegrænse til omkring 2,5 m. Kransnålalger og vandmosser uddøde i søen. Det samme skete for de små blomsterplanter som strandbo og små vandaksarter. De blev til dels afløst af måtter af forureningsalgerne rørhinde og vandhår. Det samlede antal undervandsplantearter faldt derfor markant til 12‑13 i 1970‑1980’erne.

I takt med, at forureningen faldt efter 1970, kom der igen flere undervandsplanter i Furesø, nu omkring 25, og deres dybdegrænser blev forøget (figur F). Men artssammensætningen er i høj grad ændret i takt med, at bunden er blevet rigere på næringsstoffer og organiske stoffer. De dominerende arter er fortsat forureningsalgerne og de blomsterplanter, f.eks. børstebladet vandaks, som er mest effektive til hurtigt at vokse op til vandoverfladen og udbrede løvet her, hvor lyset er mest rigeligt. Antallet af arter og disses dybdegrænser hænger tæt sammen og kan sandsynligvis vende tilbage til de oprindelige værdier efter 30 år med lav næringstilførsel (figur G).

Derimod kan den enkelte art ikke vende tilbage til fortidens status, hvis den først er forsvundet. De arter, som forsvandt, har nemlig svært ved at komme tilbage. Det skyldes både, at bundforholdene er ændret, og at arterne nu ikke mere findes i området. De forsvandt fra alle søer, som kollektivt blev forurenet i samme periode som Furesø. I dag skal man derfor til Jylland eller Sverige for at møde disse arter, og chancen for, at de indvandrer ved egen kraft, er derfor meget lille. Samtidig er de nye arter, eksempelvis forureningsalger, som har etableret sig, meget gode til at modvirke genetablering af tidligere arter.

Som noget ganske enestående er planteplanktonet i Furesø blevet undersøgt fra år 1900 til 1970 (figur H). Mængden af planteplankton øgedes omkring 50 gange i løbet af forureningsperioden, mens det samlede antal arter lå nogenlunde konstant på 70. Hvis man imidlertid skelner mellem overvejende rentvandsarterne (især furealger, gulalger og desmidiacéer) og forureningsarterne (især cyanobakterier og chlorococcale grønalger), er der sket en gennemgribende udskiftning. Det samlede antal rentvandsarter er faldet fra ca. 32 til 12 i løbet af den nævnte periode, mens antallet af forureningsarter er øget fra 16 til 36.

Det er interessant at se, hvorledes furealger og gulalger, der i sommeren 1990 levede i og omkring springlaget, hvor der var tilstrækkeligt med lys og næringstilførsel fra større dybder, senere helt forsvandt. I det uklare vand i 1970 nåede der ikke tilstrækkeligt med lys ned til springlaget til, at algerne kunne vokse her. Udviklingen i planteplanktonet er ikke blevet analyseret systematisk gennem de seneste 40 år, hvor forureningen blev reduceret.