Rapport Nr 2008-05 Omsättning av metaller i Salixodling gödslad med slamkompost Kenth Hasselgren Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten Utveckling (SV-Utveckling) är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna, vilket är unikt på så sätt att statliga medel tidigare alltid använts för denna typ av verksamhet. SV-Utveckling (fd VA-Forsk) initierades gemensamt av Svenska Kommunförbundet och Svenskt Vatten. Verksamheten påbörjades år 1990. Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvud­ rubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvatten Ekonomi och organisation Utbildning och information SV-Utveckling styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Anders Lago, ordförande Olof Bergstedt Roger Bergström Per Fåhraeus Carina Färm Daniel Hellström Mikael Medelberg Marie Nordkvist Persson Bo Rutberg Ulf Thysell Susann Wennmalm Södertälje Göteborg Vatten Svenskt Vatten AB Varberg Mälarenergi Stockholm Vatten AB Roslagsvatten AB Sydvatten Sveriges Kommuner och Landsting VA-verket i Malmö Käppalaförbundet Einar Melheim, adjungerad Peter Balmér, sekreterare NORVAR, Norge Svenskt Vatten AB Författaren är ensam ansvarig för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt. Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten AB Box 47607 117 94 Stockholm Tfn 08-506 002 00 Fax 08-506 002 10 [email protected] www.svensktvatten.se Svenskt Vatten AB är servicebolag till föreningen Svenskt Vatten. Svenskt Vatten Utveckling Bibliografiska uppgifter för nr Rapportens titel: Omsättning av metaller i Salixodling gödslad med slamkompost Title of the report: Metal distribution in Salix plantations fertilized with sludge compost Rapportens beteckning Nr i serien: 2008-05 Författare: Kenth Hasselgren, SWECO VIAK AB, Helsingborg Projektnr: 22-124 Projektets namn: Rening av metaller i avloppsslam och mark genom upptag i Salixodling Projektets finansiering: Svenskt Vatten Utveckling (f.d. VA-Forsk), Landskrona kommun, Helsingborgs stad, Örebro kommun, Nordvästra Skånes Renhållnings AB Rapportens omfattning Sidantal: Format: 2008-05 26 A4 Sökord: Avloppsslam, energiskog, fytoremediering, kolsänka, metallupptag, Salix, slamgödsling, slamkompost Keywords: Biofuel plantations, biosolids, carbon sink, energy crops, metal extraction, phytoremediation, Salix, sewage sludge, sludge compost, willow Sammandrag: Metaller har mätts i en Salixodling gödslad med slamkompost avloppsslam och flisat park- och trädgårdsavfall som ingående material. Kadmium och även zink tas upp i stamved hos Salix i högre grad än vad som tillförs med slamkomposten vid normala givor. Det sker således en nettobortförsel av dessa metaller i den odlade marken. För andra metaller sker en nettoackumulation i marken, dock i mindre omfattning jämfört med odling med konventionella jordbruksgrödor. Abstract: Metals were analyzed in a willow (Salix) biomass plantation fertilized with sludge compost from sewage sludge (biosolids) and chipped park and garden waste as raw materials. Cadmium and also zinc was extracted by Salix stems to a larger extent than was applied with the sludge at normal rates. Hence a net withdrawal from the soil of these metals takes place. Other investigated metals were accumulated in the soil, but to a lesser extent than sludge fertilization of conventional arable crops. Målgrupper: Tjänstemän på kommuner, länsstyrelser och statliga verk inom VA-, miljö-, avfalls- och energiområdet; jordbrukare, lantbruksorganisationer, forskare, miljöjournalister. Omslagsbild: Salixodling som element i landskapet. Fotograf: Stig Larsson, Lantmännen Agroenergi Rapporten beställs från: Finns att hämta hem som pdf-fil från Svenskt Vattens hemsida www.svensktvatten.se Utgivningsår: 2008 Utgivare: Svenskt Vatten AB © Svenskt Vatten AB Grafisk formgivning: Victoria Björk, Svenskt Vatten Förord Föreliggande rapport avser en delredovisning av ett större projekt som delfinansieras av Svenskt Vatten Utveckling. Övriga finansiärer är Landskrona kommun, Helsingborgs stad, Örebro kommun och Nordvästra Skånes Renhållningsbolag (NSR) AB. Delprojektet syftar till att ge ökade kunskaper kring omsättningen av metaller i energiskog (Salixodlingar) som gödslas med kommunalt avloppsslam. I ett tidigare delprojekt publicerat i Svenskt Vattens rapportserie – ”Omsättning av metaller i slamgödslad Salixodling”, VA-Forsk Rapport 2003-47 – studerades metallom­ sättningen i ett 20-tal kommersiella Salixodlingar i Skåne län och Örebro län som regelbundet slamgödslas. I detta delprojekt har undersökts närings- och metallstatusen i en Salixodling som gödslats med slamkompost producerad vid NSRs anläggning i Filborna, Helsingborg. Sammanfattande slutsatser från hela projektet inkluderas i föreliggande rapport. Projektgruppen för aktuellt delprojekt har bestått av Kåre Larsson och Jan-Erik Petersson (Landskrona kommun), Jessica Cedervall (NSR AB) och Kenth Hasselgren (SWECO VIAK AB, Helsingborg). Kenth Hasselgren har svarat för utvärdering och rapportskrivning. Helsingborg i oktober 2007 Kenth Hasselgren Projektledare 3 4 Innehåll Förord. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Sammanfattning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 Inledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1Aktuell slamhantering i Sverige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 Slamgödsling i Salixodling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3Metallomsättning i Salixodling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Syfte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3 Genomförande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.1 Aktuell restprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2 Salixodling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.3Provtagning och analyser av jordmaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.4Mätning av biomassaproduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.5Provtagning och analyser av Salixved. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 Resultat och diskussion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.1Tillförd mängd näring och metaller i slamkompost. . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.2 Markkemiska analyser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.3Produktion av stamvedbiomassa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.4Upptag av näringsämnen och metaller i stamved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.5 Upptag i stamved relativt tillförsel med slamkompost . . . . . . . . . . . . 19 4.6 Jämförelse med andra grödor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.7 Salixodling för avlastning av kadmiumförorenad mark. . . . . . . . . . . . . 20 5 Potentialer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.1 Tidigare redovisat delprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.2 Aktuellt delprojekt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.3Aspekter på Salixodling som kolsänka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6Slutsatser och rekommendationer från hela projektet. . . . . . . . . 23 6.1Tydligt mönster för metall­omsättningen i Salixodling. . . . . . . . . . . . . . 23 6.2Hållbar biomassaproduktion med slamgödsling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.3Differentiera och nyansera kommande regelverk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.4Kreditera Salixodling som kolsänka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Referenser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5 6 Sammanfattning Före LRFs ”slamstopp” 1999 var slamspridning på åkermark med traditionella jordbruksgrödor den helt dominerade slamanvändningen. Idag har denna minskat till 10–15 % av den totala slammängden i landet. En del av slammängden, 8–10 %, utnyttjas idag i Salixodlingar på åkermark. Denna andel bedöms öka i takt med att en större del av jordbruksarealen i framtiden förväntas användas för produktion av biobränslen. Inom projektet publicerades i en tidigare rapport – ”Omsättning av metaller i slamgödslad Salixodling”, VA-Forsk Rapport 2003-47 – resultat avseende upptag av ”urbana” metaller i den ovanjordiska biomassan i kommersiella Salixodlingar som gödslas regelbundet med avvattnat avloppsslam. I denna rapport redovisas resultat från ett delprojekt omfattande närings- och metallaspekter i samband med gödsling av Salixodling med en slamkompostprodukt framställd genom samkompostering av avvattnat avloppsslam och flisat park- och trädgårdsavfall. Kompostering av slam under optimala driftbetingelser kan förväntas motsvara kommande krav avseende hygienisering av slam för slam eller slamprodukter som avses tillföras produktiv mark. Upptaget av de undersökta metallerna var överlag högre än i konventionella jord­ bruksgrödor i såväl ogödslade som med två olika givor med slamkompost gödslade Salixbestånd. Resultaten underbygger och förstärker den generella slutsatsen att en ökad Salixareal på bekostnad av traditionella jordbruksgrödor skapar goda förut­ sättningar att uppnå en minskad ackumulation och minskade halter av metaller i den svenska åkermarken. Upptaget av kadmium i stamveden hos Salix var klart större (10–15 gånger) än tillförseln av kadmium med slamkompostprodukten med givor anpassade efter dels grödans antagna fosforbehov, dels det dubbla fosforbehovet. Således kan en Salixgröda fungera som ett biologiskt reningsfilter för kadmiumbelastad åkermark samtidigt som slamkompostens innehåll av näringsämnen och mullbildande ämnen kan tillgodogöras. Upptaget av zink i Salixved balanserade i stort tillförseln med zink i kompostgivan anpassad till fosforbehovet. För övriga studerade metaller var upptaget lägre än tillförseln med slamprodukten. En allt mera betydelsefull aspekt på Salixodlingar generellt är potentialen som s.k. kolsänka. Jämfört med exempelvis traditionell skog finns mer kol (3–5 gånger) bundet i en välskött Salixodling. Motsvarande förhållande gäller vid jämförelse med 1-åriga jordbruksgrödor. Varje hektar skogsmark eller åkermark med traditionella jordbruksgrödor som ersätts med Salixodling bidrar således till en effektivare och ökad inlagring av kol och en minskad halt av koldioxid i atmosfären. 7 Summary Before the national ”sludge ban” proclaimed in 1999 by LRF (general organization of farmers in Sweden), sludge fertilization of traditional agricultural crops was the dominating practice of sludge disposal in Sweden. Today, this has decreased to 10–15 % of the total sludge production. Currently about 8–10 % of the sludge is utilized in willow (Salix) plantations for biofuel production on farming land. This percentage is assumed to increase since plantations of energy crops probably will cover a larger area of the farming land in the future. Within this project, a report was published in 2003 (VA-Forsk, Report 2003-47, ‘Metal distribution in willow biomass plantations fertilized with biosolids’, in Swedish with English summary) concerning uptake of ”urban” metals in harvested willow stems in commercial biofuel plantations after repeated applications of dewatered sludge. This report covers results from a field project concerning nutrient and metal aspects in a willow biofuel plantation fertilized with a product from co-composting of sewage sludge and organic waste from parks and gardens. The composting process under optimal conditions is supposed to meet future requirements of disinfection of biosolids or sludge mixtures planned to be used on productive land. The uptake in willow stems of metals was higher in comparison to traditional agricultural crops in both non fertilized and fertilized Salix stands. The results support the results obtained in the study in 2003. A general conclusion is that an expanded Salix acreage, on behalf of traditional farming crops, creates prerequisites to attain a decreased accumulation and decreased concentrations of metals in Swedish soils. The uptake of cadmium (Cd) in stem wood exceeded clearly (10–15 times) the application of Cd with the compost product after application rates according to the plant requirement of phosphorus (P) or the double plant requirement of P. Hence, a willow plantation could function as a biological filter for agricultural soils contaminated with cadmium and at the same time take advantage of nutrients and organic material contained in the composted sludge product. The uptake of zinc (Zn) in Salix stems was by and large balanced with the content of Zn in the applied sludge product. For the other metals included in the investigation, the uptake in harvested stems was lower than the applied amounts. An increasingly important environmental benefit of Salix plantations is the potential as a carbon sink. Compared to traditional forests more carbon (3–5 times) is sequestered in a well-operated Salix plantation. Corresponding conditions are valid in comparisons with annually cultivated arable crops. Hence, every hectare of a traditionally forested area or food crops grown on farming land that is replaced by Salix plantations will contribute to a more effective and increased sequestration of carbon and decreased concentrations of carbon dioxide in the atmosphere. 8 1 Inledning februari 2007 skapar förutsättningar för en ytterligare ökning av den koldioxidneutrala bioenergin. Eftersom spridning av slam i Salix är etablerad kan det förmodas att andelen slam som går till Salix kommer att öka i takt med en ökad Salixareal. För andra energigrödor, dvs. stråbränslen (rörflen, halm), biogasvall, energispannmål (för etanol- eller biogas­ produktion) eller energiraps är det för närvarande okänt i vilken omfattning dessa gödslas med slam. Troligen står dock energispannmål för en stor andel av de 10–15 % som går till ”Jordbruk” enligt Tabell 1 medan övriga energigrödor inte odlats i kommersiell skala. En samlad bedömning är således att det kommer att finnas goda möjligheter att kunna ”inteckna” mera slam i framtida Salixodlingar. På längre sikt kan även andra energigrödor bli aktuella beroende på efter­ frågan på en alltmer avreglerad marknad för de areella näringarna. 1.1Aktuell slamhantering i Sverige Det aktuella omhändertagandet av slammet från de svenska reningsverken fördelas på olika användnings­ områden enligt Tabell 1-1 (efter Lind, 2007). Under de senaste åren – i princip sedan ”slamstoppet” för spridning på åkermark infördes 1999 – har bilden varit ungefär densamma. Före 1999 stod spridning av slam inom jordbruket för mer än hälften av den producerade slammängden i landet medan framförallt jordtillverkning har ökat. Under senare år har deponi­ täckning, vassbäddar och förbränning tillkommit som ”nya” behandlingsmetoder. Tabell 1-1. Aktuell användning/behandling av slam från kommunala reningsverk. Ändamål Jordtillverkning 60–65 Jordbruk 10–15 Salixodling på åkermark (energiskog) Deponitäckning 1.3Metallomsättning i Salixodling Andel av slam­ produktionen (%) En utomordentligt intressant aspekt kring slam­ gödsling av Salix är möjligheten att få till stånd ett uthålligt nettoborttag av tungmetaller från mark, särskilt kadmium, trots att slam tillför ett visst mått av kadmium. Det finns nämligen en rad indikationer från försök som visar på förmågan hos Salix att om­ sätta metaller i förhållandevis hög omfattning (t.ex. Hasselgren, 1995 och 1999; Greger och Landberg, 1999; Bertholdsson, 2001). I ett tidigare publicerat delprojekt visade mätningar i kommersiella odlingar att upptaget av kadmium i skördad stambiomassa kan uppgå till 10 gånger mer än vad som tillförs med slammet via en normal slam­ giva (Lundström och Hasselgren, 2003). Även om den atmosfäriska depositionen inkluderas sker en netto­ bortförsel av kadmium från jordprofilen. Detta innebär att en Salixgröda kan fungera som reningsfilter för kadmiumbelastad åkermark samtidigt som slammets innehåll av näringsämnen och mullbildande ämnen kan tillgodogöras. Upptaget av zink i Salix balanserade i stort tillförseln med slammet medan för övriga stud­erade metaller upptaget i Salixveden var lägre än tillförseln via slammet. Dock var upptaget större 8–10 10 Vassbäddar 3 Förbränning 2 1.2 Slamgödsling i Salixodling Omfattningen av slamspridning i Salixodling har i stort sett varit konstant de senaste 6–7 åren – storleks­ ordningen 8–10 % av slammängden enligt Tabell 1 – till följd av att Salixarealen har legat på samma nivå under perioden, ca 15 000 hektar. Intresset att odla energigrödor – inte minst energiskog (Salix) – ökar nu starkt till följd av att energiom­ställningen kommer att öka genom centrala intentioner och beslut i Sverige och omvärlden. Inte minst den fjärde huvudrapporten från FNs klimatpanel (IPCC) som publicerades i 9 jämfört med traditionella grödor för livsmedels­ produktion. I denna rapport redovisas resultat från en studie av metallomsättningen i Salixodling gödslad med en kompostprodukt från Nordvästra Skånes Ren­ hållningsbolag (NSR) Återvinningsanläggning vid Filborna i Helsingborg. I produkten ingår avloppsslam från reningsverken i regionen. 10 2 Syfte Vatten under 2003 och publicerades i Svenskt Vatten Utvecklings (f.d. VA-Forsk) rapportserie (Lundström och Hasselgren, 2003). Avsikten med studien är att bredda perspektivet och inkludera ytterligare en restprodukt, slamkompost, som kan bli ett vanligt inslag i framtida energiskog­ odlingar. Mycket tyder på att ytterligare kvalitetskrav på avloppsslam som nyttjas på produktiv mark kommer att framförallt vara hygienisering. Det är rimligt att anta att en väl genomförd slamkompostering kommer att kunna möta upp till dessa krav. Det primära målet med undersökningen är att genom fältmätningar skapa ytterligare underlag för be­ dömningar av betydelsen av Salix som ackumulerare av tungmetaller i tillfört avloppsslam, i detta fall en slamkompostprodukt. Undersökningen syftar primärt till att öka kunskap­ erna kring metallomsättningen i slamgödslad Salix­ odling. I samband med en enkät till landets länsstyrelser och kommunala miljökontor, angående uppfattningen om användning av kommunala restprodukter i energi­ skogsodling på åkermark, uttrycktes som ett genom­ gående önskemål mer kunskap om metallupptag/ metallackumulation i ”Restproduktbaserad Salix­ odling” (Hasselgren, 2003a). Denna studie avses komplettera den tidigare genomförda undersökningen av metallomsättningen i ett 20-tal slamgödslade Salixodlingar i Skåne och Örebro­området vilken rapporterades till Svenskt 11 3 Genomförande En tredje delyta behölls som ogödslad kontroll. Skyddszonen mellan delytorna uppgår till minst 20 m obehandlad Salixyta. Ursprungligen avsågs att skörd skulle ske vintern 2006–2007 efter ett 4-årigt skördeomdrev vilket vanligen tillämpas efter etableringsperioden. Dock skördades beståndet ett år tidigare av olika skäl. Således avser här redovisade resultat från mätningar och analyser bestånd med 1-åriga skott i inledningen av det tredje odlingsomdrevet. 3.1 Aktuell restprodukt NSR AB komposterar avloppsslam från kommunerna i nordvästra Skåne i en anläggning med den totala kapaciteten 20 000 ton/år. Avvattnat slam blandas med park- och trädgårdsavfall (PTA) i volymproport­ ionerna 1:2. Ett användningsområde för den färdiga kompostprodukten bedöms kunna vara gödsling av energiskog (Salixodling). Komposteringstiden uppgår till ca 6 månader med vändning några gånger för att uppnå så homogena processförhållanden som möjligt. 3.3Provtagning och analyser av jordmaterial Prov för jordanalys togs ut från de tre försöksleden med jordskruvborr under februari 2007. Minst 20 del­ prov från vardera delytan togs slumpmässigt på nivåerna 0–30 cm respektive 30–60 cm och slogs samman till ett blandprov. Det översta jordlagret med bladrester etc. skrapades av försiktigt och exkluderades från provet. Proven levererades omedelbart till laborat­ orium för analys. Proven analyserades med avseende på pH, Total N, NH4 –N, NO3 –N samt totalt innehåll resp. växt­ tillgängligt innehåll av P, K, Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn. Analysmetoder: • pH: SS ISO 10390. • TS: ugn 105 oC, 16 h. • N, P: ICP-MS (ppm-nivå), ICP-OES (ppb-nivå); växttillgängligt P-innehåll enligt AL-metoden, SS 028310. ICP-OES. • Metaller: SS 028150-52, 028157, 028160, växttillgängligt innehåll enligt AL- metoden, SS 028310. ICP-OES. 3.2 Salixodling I anslutning till komposteringsanläggningen finns en 4 ha stor Salixodling som planterades år 1998 med den kommersiella klonen TORA. Den aktuella klonen härrör från en korsning mellan Salix schwerinii och Salix viminalis och representerar en av de mest resistenta och högproducerande klonerna från det svenska förädlingsprogrammet kring Salix. Odlingen skördades första gången vintern 2002/2003 och andra gången vintern 2005/2006. Den senaste skörden uppgick till 17,3 ton TS/ha eller i medeltal knappt 6 ton TS/ha och år. Odlingen är således fullt etablerad med goda förutsättningar som under­ sökningsobjekt. På det aktuella skiftet odlades tidigare spannmål som gödslades med avloppsslam och konventionella handelsgödselmedel. Salixodlingen gödslades med avloppsslam i normal omfattning i samband med etableringen 1998. Beståndet skördades första gången vintern 2002/2003 efter normala fem års tillväxt. På våren 2003 i skördat bestånd gödslades delytor om vardera ca 2 000 m2 med färdig slamkompost med dels en giva anpassad till antaget fosforbehov under ett skördeomdrev på fyra år (ca 2 ton slamprodukt), dels en dubbelt så stor giva. TS-halten i slamkompost­ produkten uppgick till 54 % vilket resulterade i en tillförsel motsvarande 5,4 respektive 10,8 ton TS/ha. 3.4Mätning av biomassaproduktion För varje delyta valdes slumpmässigt ut 5 dubbelrader, varav en sträcka på 10 m per dubbelrad, dvs. ca 40–50 plantor, kapades med röjsåg. Kapade plantor vägdes omedelbart i omgångar med hjälp av fältvåg. Detta gav 12 således 5 viktresultat per delyta för Salixved i friskt tillstånd. Eftersom förbandet är 1,5 m + 0,75 m (konvent­ ionellt dubbelradsförband) blir ytan för 10 radmeter 22,5 m2 som således friskvikten relaterades till för att få ett areellt produktionsmått (kg/m2 eller ton/ha). En fördel med skörd av delar av löpande rader är att döda eller utgångna plantor ”inkluderas” i beräkningen av den areella tillväxten, vilket ger den mest realistiska uppskattningen av skördeutfall. för torkning och analys för att bl.a. erhålla torr­ substansinnehållet och därefter biomassaproduktionen (ton TS/ha) med hjälp av friskvikten. Växtproven analyserades med avseende på TS, N, P, K, Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn. Analysmetoder: • TS: ugn 85 oC, 72 h. • N, P: ICP-MS (ppm-nivå), ICP-OES (ppb-nivå) • Metaller: SS 028150-52, 028157, 028160. ICP-OES. 3.5Provtagning och analyser av Salixved Från vardera av delmängden per delyta med kapat vedmaterial togs slumpmässigt ut ca 20 stambitar, ca 10 cm långa, som transporterades till laboratorium 13 4 Resultat och diskussion gränsvärden. Noterbart är att kadmium­innehållet i slammen och PTA är lika stort (ca 0,5 ppm). Vidare är nickel- och kromhalterna högre i PTA medan övriga studerade parametrar uppvisar högre koncentrationer i slammen än i PTA. För slamkompostprodukten understiger samtliga metaller utom bly tillåten tillförd mängd areellt vad gäller enkel giva. Beträffande koppar, kvicksilver och zink kan även den dubbla givan till synes accepteras med hänsyn till aktuell föreskrift. Enkel giva stämmer bäst överens med P-behovet hos Salix. Med en optimal resurshushållning följer således att enkel giva, dvs. en giva som matchar fosforbehovet hos Salix räknat på den fosformängd som bortförs med skördat ved­ material, bör eftersträvas. I detta specifika fall blir dock bly begränsande enligt regelverket. 4.1Tillförd mängd näring och metaller i slamkompost Närings- och metallinnehåll i tillförd slamkompost­ produkt framgår av Tabell 4-1 respektive Tabell 4-2. Det konstateras att fosfortillförseln ligger på gränsen vid den dubbla givan för hög P-klass (III–V), vilken gäller för det aktuella skiftet. Ingående PTA har högre innehåll av kväve och kalium än de ingående avloppsslammen vilket ger gynnsammare N–P–K-proportioner jämfört med enbart slam. Beträffande metallinnehållet i slamkompostpro­ dukten så understiger detta gränsvärdet för tillåtna halter. Eftersom slamkomposten är en blandad produkt måste dock varje ingående delprodukt klara haltgräns­ värdena enligt SFS 1998:944. Inget av de ingående avloppsslammen eller PTA överskrider förordningens Tabell 4-1. Halter och tillförda mängder av näringsämnen med slamkompost. Näringsämne Halt g/kg TS Enkel giva kg/ha/år Dubbel giva kg/ha/år Gränsvärde kg/ha/år Fosfor (P) 8,4 11 22 22/351 Kväve (N) 11 15 30 1502 Kalium (K) 2,7 3,6 7,3 – Svavel (S) 3,3 4,5 8,9 – 1(SNFS 2 (SNFS 1994:2), 35 kg/ha för jord med P-klass I–II, 22 kg/ha för jord med P-klass III-IV 1994:2), 150 kg NH4 –N/år Tabell 4-2. Halter och tillförda mängder av metaller med slamkompost. Metall Arsenik (As) 3 Halt mg/kg TS Gränsvärde1 mg/kg TS Enkel giva g/ha/år 5,9 Dubbel giva g/ha/år 4,4 – Bly (Pb) 29,7 100 40 80 25 Kadmium (Cd) 0,51 2 0,69 1,4 0,75 Koppar (Cu) 108 600 150 290 300 Krom (Cr) 19,7 100 27 53 40 Kvicksilver (Hg) 0,34 2,5 0,46 0,92 1,5 Nickel (Ni) 11,5 50 16 31 25 Zink (Zn) 216 800 290 580 600 1(SFS 1998:944) 1994:2) 3 Arsenik är inte en metall utan ett toxiskt halvmetalliskt grundämne 2 (SNFS 14 12 Gränsvärde2 g/ha/år – 4.2 Markkemiska analyser Vid provtagningstillfället var marken vattenmättad och ställvis översvämmad varför mikrobiell nitrat­ reduktion kan ha förekommit. Dock torde mark­ temperaturen ha varit tillräckligt låg för att åtminstone delvis missgynna de biologiska processerna. En viss ökning av ammoniumförekomsten konstaterades i de behandlade försöksleden även om den totala kväve­ halten oförklarligt var låg i skiftet med högsta givan. Ett frågetecken är också de lägre fosforhalterna särskilt beträffande den lättillgängliga fraktionen, i det översta markskiktet efter gödsling. En del av förklaringen kan vara ett högre fosforupptag till följd av den ökade tillväxten i dessa skiften men som framgår av avsnitt 4.3 nedan torde fosfortillförseln ha varit En sammanställning av analysresultaten från jord­ provtagningen avseende näringsämnen och metaller framgår av Tabell 4-3 (koncentrationer) och Tabell 4-4 (mängder), se nästa sida. Vid beräkningen av före­ komsten i hela den mätta jordprofilen (0,6 m) enligt Tabell 4-4, har jorddensiteten antagits till 1,25 ton ts/m3 och medelvärden av analysvärdena för de båda skikten använts. En viss ökning av pH-värdet i hela den mätta jord­ profilen efter gödsling med biogödsel noterades. En förklaring kan vara att miljön gynnat denitrifikation. Tabell 4-3. Koncentrationer av näringsämnen och metaller (mg/kg ts) inom markskikten 0–30 cm och 30–60 cm med avseende på ”växtillgänglig” fraktion (AL) och ”total” fraktion (TOT). Parameter Kontroll 0–30 cm pH (enheter) Kjeldahl-kväve (Kj-N) Ammonium-kväve (NH4 –N) Nitrat-kväve (NO3 –N) Fosfor (P) Kalium (K) Nickel (Ni) Koppar (Cu) Zink (Zn) Kvicksilver (Hg) 30–60 cm 6,1 7,5 6,4 7,7 6,4 7,7 1630 338 1690 279 1200 528 11 11 20 18 15 11 6,6 7,4 1,7 3,6 8,5 4,6 39 104 37 103 49 307 666 304 603 312 80 82 89 99 72 72 557 688 640 734 733 663 AL 0,54 0,53 0,49 0,59 0,44 0,54 TOT 12,0 11,9 13,6 14,3 13,0 14,1 AL AL 1,0 1,1 1,1 1,3 1,3 1,5 TOT 8,8 13,1 11,7 15,0 10,9 14,8 0,96 0,52 0,80 0,68 0,80 0,74 TOT 7,7 7,1 8,6 8,5 7,9 8,2 AL 5,1 2,9 4,3 3,2 4,6 3,3 AL 40,7 30,4 47,6 31,6 45,5 31,8 0,003 0,003 0,003 0,004 0,003 0,006 0,13 0,056 0,10 0,061 0,10 0,063 0,070 0,034 0,073 0,037 0,075 0,034 0,16 0,18 0,22 0,16 0,22 0,16 AL 0,11 0,025 0,071 0,029 0,079 0,033 TOT 0,17 0,35 0,18 0,12 0,76 0,21 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 0,076 0,040 0,082 < 0,02 0,076 0,049 AL 0,65 0,24 0,56 0,19 0,68 0,23 TOT 13,3 8,0 14,6 7,9 15,8 9,0 AL AL AL TOT Bly (Pb) 0–30 cm 133 TOT Tenn (Sn) 30–60 cm 622 TOT Kadmium (Cd) 0–30 cm TOT TOT Silver (Ag) 30–60 cm Dubbel giva AL TOT Krom (Cr) Enkel giva 15 Tabell 4-4. Innehåll av näringsämnen och metaller i medeltal inom hela det analyserade markskiktet (0,6 m). Parameter Kontroll AL Enkel giva TOT AL Dubbel giva TOT AL TOT Kväve (N), kg/ha 140* 7 500** 170* 7 400** 150* 6 600** Fosfor (P), kg/ha 650 3 500 530 3 600 570 3 400 Kalium (K), kg/ha 610 4 700 710 5 200 540 5 100 Krom (Cr), kg/ha 4,0 90 4,1 100 3,7 100 Nickel (Ni), kg/ha 7,9 82 9.0 100 10 96 Koppar (Cu), kg/ha 5,6 56 5,6 64 5,8 60 Zink (Zn), kg/ha 30 270 28 300 30 290 Silver (Ag), g/ha 23 700 26 600 34 610 390 1 300 410 1 400 410 1 400 Kadmium (Cd), g/ha Tenn (Sn), g/ha Kvicksilver (Hg), g/ha Bly (Pb), kg/ha 510 1 900 380 1 100 420 3 600 <150 440 <150 <380 <150 470 3,3 80 2,8 84 3,4 93 * NH4 –N + NO3 –N ** Kj-N (NH4 –N + Org-N) + NO3 –N tillräcklig om man jämför med det mätta upptaget i stamveden. Beträffande metaller har det överlag skett en viss ökning efter tillförseln med slamkompostprodukten även om förändringarna får betraktas som tämligen små. Det finns ingen ”dramatik” i analysbilden som tyder på att det skulle vara något problem att tillämpa gödsling med slamkompost i Salixodling ur mark­ kvalitetssynpunkt. Å andra sidan är den studerade tidsperioden kort och eventuella förändringar visar sig först på längre sikt. Tabell 4-5. Tillväxt av stamvedbiomassa, 1-åriga skott på 9-åriga rötter. Behandling Friskvikt (kg/ delyta) TS-halt (%) 29,0 37,5 4,8 26,5 37,0 4,4 20,5 37,5 3,4 13,0 35,6 2,1 33,5 37,8 5,6 Medelvärde 24,5 37,1 4,1 Slamkompost, normalgiva 31,8 40,2 5,7 30,6 39,2 5,3 28,7 39,9 5,1 30,0 39,0 5,2 26,7 39,3 4,7 Medelvärde 29,6 39,5 5,2 Slamkompost, dubbelgiva 30,5 39,6 5,4 32,5 40,3 5,8 30,6 39,3 5,3 34,6 39,3 6,0 34,0 38,8 5,9 32,4 39,5 5,7 Ogödslat 4.3Produktion av stamvedbiomassa Resultaten av tillväxten av Salixstammar (ved + bark) för de 1-åriga skotten redovisas i Tabell 4-5. Det ogödslade försöksledet uppvisade en avsevärt ojämnare tillväxt för blotta ögat jämfört med de gödslade bestånden. Detta bekräftades också av data från delvägningarna. Avkastningen var också 20–30 % lägre än i de gödslade försöksleden. Att inte gödsla Salix slår således förhållandevis snabbt igenom på tillväxten även om marken initiellt har en relativt god närings­ status. Medelvärde 16 Skörd (ton TS/ha) De gödslade försöksleden gav en såväl jämnare som högre tillväxt jämfört med de ogödslade bestånden. Även TS-halten i stammarna var drygt 5 % högre. Den dubbla slamkompostgivan gav ca 10 % högre avkastning mätt som torrsubstansmängd än den teoretiskt behovsanpassade fosforgödslingen. Det kan konstateras att även efter skörd förmår de unga skotten redan första säsongen att producera mer biomassa vid god näringstillförsel. Fosfortillförseln är styrande för att inte riskera övergödsling men det är givet att vid den dubbla kompostgivan tillförs kväve och andra närings­ ämnen (främst kalium, magnesium, kalcium, svavel och mikroämnen) i högre grad och närmare till vad som motsvarar grödans behov. Lantmännen Agroenergi, som sedan 1987 svarat för det nationella förädlingsprogrammet avseende Salix för energiproduktion, har korsat fram kloner som ger en betydligt högre avkastning än de äldre sorterna. Jämfört med den gamla klonen 78183 – som brukar användas som referens – ger den här aktuella klonen TORA drygt 50 % högre skörd. Innehållet av N, P och K är nära generella rapporterade data som är 0,5 %, 0,1 % respektive 0,25 % av torr­ substansen (t.ex. Hasselgren, 2003b). Gödsling med slamkompost förefaller inte ha någon nämnvärd in­ verkan på halterna av näringsämnen i stamveden. Detta är inte heller att förvänta. Beträffande metaller så är det de mest lättrörliga ämnena, framförallt kadmium och zink samt i viss mån koppar som tenderar att resultera i ökade koncentrat­ ioner i stamveden efter ökad tillförsel via slamkompost­ produkten. Erfarenheten från andra undersökningar är att koncentrationen av flertalet metaller, inte minst de mest mobila, minskar med ökad biomassa, egent­ ligen stamtjocklek (t.ex. Greger och Landberg, 1999; Hasselgren 1999). Anledningen till detta är att vikt­ andelen bark relativt hela stammen (bark + ved) är mindre för stora och kraftiga skott och att metalljoner i huvudsak transporteras upp i växten genom barken och inte i de förvedade central delarna i stammen. Vi har här att göra med en Salixsort som genererar ett större antal relativt sett tunna skott snarare än ett färre antal kraftigare skott med en större stamtjocklek. Enligt beskrivningen för klonen TORA så känne­ tecknas denna av långa skott med färre stammar än många andra sorter. Dessutom är det 1-årsskott som skördats och analyserats vilket också innebär tunnare/ smalare skott än vid normalskörd av 3- till 5-åriga bestånd. En hypotes är att det kan finnas en potential att skörda oftare om målet är att maximera upptaget av metaller om det samtidigt är så att inte biomassa­ tillväxten blir lägre totalt sett. Tillväxtresultaten som 4.4Upptag av näringsämnen och metaller i stamved I Tabeller 4-6, 4-7 och 4-8 har sammanställts analyser från samtliga delytor avseende närings- och metall­ innehåll i skördat vedmaterial. Det finns inga värden i analysresultaten som avviker från det gängse mönstret. Tabell 4-6. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från ogödslade bestånd. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,600 0,540 0,560 0,800 0,680 0,640 Fosfor (P), % av TS 0,107 0,105 0,111 0,109 0,115 0,109 Kalium (K), % av TS 0,308 0,271 0,278 0,278 0,268 0,281 Krom (Cr), ppm av TS <1 <1 <1 <1 <1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,77 1,2 0,92 0,74 0,84 0.89 3,8 3,8 3,5 4,1 4,0 3,8 53,0 48,8 50,6 48,0 55,6 51,2 0,013 0,013 0,010 0,010 0,012 0,012 Koppar (Cu), ppm av TS Zink (Zn), ppm av TS Silver (Ag), ppm av TS Kadmium (Cd), ppm av TS Tenn (Sn), ppm av TS Kvicksilver (Hg), ppm av TS Bly (Pb), ppm av TS 1,7 1,5 1,6 1,4 1,5 1,5 0,14 0,061 0,056 0,068 0,057 0,076 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 0,93 1,2 0,30 0,35 0,38 0,63 17 Tabell 4-7. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från bestånd efter enkel giva med slam­ kompost. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,520 0,510 0,470 0,650 0,550 0,540 Fosfor (P), % av TS 0,111 0,110 0,108 0,113 0,110 0,110 Kalium (K), % av TS 0,255 0,254 0,240 0,266 0,242 0,251 Krom (Cr), ppm av TS <1 <1 <1 <1 <1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,55 0,77 0,71 0,75 0,81 0,72 5,1 4,7 4,4 3,9 4,2 4,5 68,3 61,2 55,0 51,9 49,2 57,1 0,015 0,017 0,010 0,015 0,011 0,014 1,8 2,1 1,8 1,6 1,6 1,8 Koppar (Cu), ppm av TS Zink (Zn), ppm av TS Silver (Ag), ppm av TS Kadmium (Cd), ppm av TS Tenn (Sn), ppm av TS Kvicksilver (Hg), ppm av TS Bly (Pb), ppm av TS 0,10 0,063 0,051 0,047 0,035 0.059 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 1,1 1,2 0,23 0,92 0,25 0,74 Tabell 4-8. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från bestånd efter dubbel giva med slam­ kompost. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,490 0,500 0,540 0,620 0,680 0,570 Fosfor (P), % av TS 0,105 0,101 0,105 0,098 0,105 0,103 Kalium (K), % av TS 0,237 0,224 0,243 0,235 0,228 0,233 Krom (Cr), ppm av TS <1 <1 <1 <1 <1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,65 0,67 0,66 0,72 0,81 0,70 Koppar (Cu), ppm av TS Zink (Zn), ppm av TS Silver (Ag), ppm av TS Kadmium (Cd), ppm av TS Tenn (Sn), ppm av TS Kvicksilver (Hg), ppm av TS Bly (Pb), ppm av TS 4,3 4,4 4,3 4,1 4,0 4,2 59,9 59,3 58,2 59,4 60,6 59,5 0,013 0,012 0,011 0,012 0,012 0,012 1,7 2,0 2,3 2,0 2,3 2,1 0,040 0,030 0,032 0,035 0,037 0,035 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 0,30 0,250 0,26 0,83 0,35 0,40 uppnåtts här ger dock ingen anledning att misstänka reducerade tillväxtnivåer. Dock är det okänt vad som händer med produktiviteten om skörd upprepas varje år under hela eller delar av tiden som en generation Salixodling normalt är högproduktiv, dvs. 25–30 år Om målet är att optimera metallupptaget i Salix­ bestånd så bör egenskaperna vara en hög tillväxt och en hög förmåga att omsätta metaller. Eftersom det veterligen inte idag förädlas med avseende på metall­ aspekten kan kanske en oftare återkommen skörd ge motsvarande effekt. Av Tabell 4-9 (nästa sida) framgår det areella upptaget av närings­ämnen och metaller. Dessa data stämmer väl överens med resultaten från den tidigare under­ sökningen inom projektet med 10-talet kloner som gödslades med konventionellt avloppsslam (Lundström och Hasselgren, 2003). 18 Tabell 4-9. Areellt upptag av näringsämnen och metaller i undersökta Salixbestånd med 1-åriga skott jämfört med den tidigare undersökningen. Parameter Kontroll Enkel giva Dubbel giva Tidigare undersökning Medel Spridning Kväve (N), kg/ha 26 28 32 – – Fosfor (P), kg/ha 4,5 5,7 5,9 – – Kalium (K), kg/ha 12 13 13 – – Krom (Cr), g/ha <4,1 <5,2 <5,7 1,5 0,1–3,6 Nickel (Ni), g/ha 3,6 3,7 4,0 3,4 0,8–6,6 16 23 24 19 3,4–40 210 300 340 430 110–850 0.049 0,073 0,068 0,057 0,008–0,17 Koppar (Cu), g/ha Zink (Zn), g/ha Silver (Ag), g/ha Kadmium (Cd), g/ha 6,2 9,4 12 10 2,2–34 0,31 0,31 0,20 0,6 0,06–1,6 <0,082 <0,10 <0,11 – – 2,6 3,8 2,3 2,9 0,15–8,2 Tenn (Sn), g/ha Kvicksilver (Hg), g/ha Bly (Pb), g/ha 4.5 Upptag i stamved relativt tillförsel med slamkompost således nettobortförsel från odlingsytan innebärande att kväve och kalium måste tillföras på annat sätt för en långsiktigt uthållig produktion. Beträffande kadmium är resultatet likartat med resultatet från den tidigare undersökningen (Lundström och Hasselgren, 2003), nämligen att jorden successivt kommer att tömmas på kadmium genom upptaget i Salixgrödan. Av tabellen ovan framgår att ”enkel giva” som initiellt avsåg en anpassning till behovet av fosfor över­ skattades. I själva verket skulle halva denna giva räcka såvida den årliga tillväxten och upptaget blir likartade även om skörd skulle ske med 4- till 5-åriga skott. Om tillförseln av slamkompost balanseras mot det här mätta upptaget av fosfor (dvs. ca hälften av det ursprungligen antagna) skulle samtidigt kadmium tas upp i Salix med en mängd som skulle uppgå till ca 25 gånger den mängd kadmium som finns i slam­ gödselprodukten under förutsättning att inte upptags­ mönstret förändras. Det finns en trend med ökade Cd-halter i skördade stammar vid ökad tillväxt, jfr Tabell 4-6 till 4-8. Ökad giva med biogödsel resulterade i något ökad tillväxt varför en minskad giva för att balansera P-tillförsel med P-upptag torde ge en något lägre tillväxt och följaktligen ett något minskat upptag av kadmium. Klart är emellertid att bortförseln av kadmium kommer att vida överstiga den mängd kadmium som tillförs med slamprodukten. För att uppnå en långsiktigt hållbar situation bör – som vid all växtodling – eftersträvas att inte tillföra mer substans till Salixodlingar än vad som tas upp och bortförs från odlingsytan. I Tabell 4-10 jämförs upptag av näringsämnen och metaller med tillförda mängder. Således konstateras att upptaget av kväve, kalium och kadmium i skördad stambiomassa var större än vad som tillfördes med slamkomposten även vid den dubbla givan. För zink matchade upptaget tillförseln med en enkel kompostgiva. För dessa ämnen erhålls Tabell 4-10. Upptag i stamved relativt tillförsel av näringsämnen och metaller (%). Parameter Enkel giva Dubbel giva Kväve (N) 190 110 Fosfor (P) 52 27 Kalium (K) 360 180 Krom (Cr) <19 <11 Nickel (Ni) 23 13 Koppar (Cu) 15 8,1 100 59 1 300 860 <22 <12 10 3,2 Zink (Zn) Kadmium (Cd) Kvicksilver (Hg) Bly (Pb) 19 4.6 Jämförelse med andra grödor och år, Källa: Johannesson och Nielsen (2003)). Det sker således en kontinuerlig nettoackumulation av kadmium i den absoluta merparten av den svenska åkermarken med ständigt ökade halter även exkluderat innehållet i gödseln. För metaller med ett lägre upptag i Salix än vad som tillförs med slamkomposten kan konstateras att ackumulationen i marken är lägre än för exempelvis vetekärna enligt Tabell 4-12. Undantag utgör koppar och tenn. Enligt redovisningen ovan erhålls såväl nettobortförsel från som nettoackumulation av metaller i odlingen efter gödsling med slamkomposten beroende på vilken metall det gäller. I jämförelse med några vanliga grödor är det generella mönstret att upptaget och bortförseln från odlingsytan är högre för Salix, exemplifierat med kadmium (Tabell 4-11) och med några olika metaller beträffande vete (Tabell 4-12). Jämfört med vete och oljeväxter omsätter Salix ca 40 gånger mer kadmium och mer än så jämfört med korn och havre. Notabelt är att alla grödor utom Salix och morot enligt Tabell 4-11 tar upp mindre mängd kadmium än det atmosfäriska nedfallet (=0,5 g Cd/ha 4.7 Salixodling för avlastning av kadmiumförorenad mark Tabell 4-11. Upptag av kadmium i Salix samt sju andra jordbruksgrödor. Gröda Halt Upptag Relativt upptag mg/kg TS g/ha/år Salix = Index 100 Salix 1,8 9,4 100 Höstvete* 0,044 0,23 2,4 Havre* 0,036 0,13 1,4 Vårkorn* 0,019 0,065 0,7 Rågvete* 0,046 0,23 2,4 Potatis* 0,053 0,47 5,0 Oljeväxter* 0,082 0,21 2,2 0,28 1,5 16 Morot* * Källa: Eftersom kadmium tillhör den överlag viktigaste metallen att fasa ut från kretsloppet kan det vara intressant att bedöma potentialen hos Salixsystemet som ett biofilter för rening av kadmiumkontaminerad jordbruksmark. Baserat på uppnådda resultat sker ett kadmiumupp­ tag i Salixstammar motsvarande ca 10 g Cd/ha och år (jfr Tabell 4-9). Innehållet av växttillgänglig och total mängd kadmium i markens översta profil (0,6 m) inom vilket huvuddelen av det aktiva rot­systemet finns mättes till ca 400 g Cd/ha respektive ca 1 400 g Cd/ha (jfr Tabell 4-4). Om exempelvis målet är att halvera den växttillgängliga delen för att komma ner i halter mot­ svarande situationen före handelsgödselanvändningen tog ordentlig fart med början efter andra världskriget, skulle detta ta ca 400/2 x 10 = 20 år i anspråk. I vilken grad den icke-växttill­gängliga andelen blir tillgänglig på sikt efter vittring och balansering av jämviktsläget efter att viss mängd av den lättillgängliga andelen omsätts av Salixgrödan är svårbedömd. Det torde emellertid stå tämligen klart att Salix till skillnad från de flesta andra grödor kan bidra till av­ lastning av kadmium i belastade jordar och därmed hjälpa till att betala av på denna del av vår miljöskuld. Idag utgör som regel inte Salixflis någon domin­ erande andel av bränslemixen i energiproduktions­ anläggningarna varför metallhalterna i askan är täm­ligen låga. Ifall omfattningen av Salixodling ökar kraftigt och upptaget av metaller uppnår extrema nivåer, kan halterna öka och avskiljning av metaller i askan erfordras vid askåterföring, alternativt askan deponeras. Johannesson och Nielsen (2003) Tabell 4-12. Upptag av metaller i Salix jämfört med vetekärna. Metall Ni Upptag g/ha/år Salix 3,7 Relativt upptag Vetekärna1 Salix/Vetekärna 1 3,7 Cu 23 28 0,82 Zn 300 160 1,8 Ag 0,073 <0,003 >24 Cd 9,4 0,21 45 Sn 0,31 0,5 0,62 Pb 3,8 0,044 86 Cr <5,2 0,066 <79 1Källa: Eriksson (2001) 20 5 Potentialer alkylbenzensulfonater (LAS) (e.g. Paulsrud och Lyngstad, 2003). 5.1 Tidigare redovisat delprojekt 5.3Aspekter på Salixodling som kolsänka I den första delrapporten redogjordes för några pot­ entialer avseende Salixodling i allmänhet och särskilt kopplingen till avloppsslam. Dessa omfattade främst kopplingen i ett nationellt perspektiv mellan tillgång på näringsämnen (primärt fosfor) i slam och till­ gången på framtida Salixarealer, vidareförädling mot ett ännu effektivare Salixmaterial med ökad förmåga att omsätta metaller samt fortsatt arbete mot ut­ fasning av metallförekomsten i slam med prioritet av särskilt koppar och bly. Dessa potentialer och re­ kommendationer gäller fortfarande. Sedan projektet startade för drygt fem år sedan har problemen med klimatförändringar orsakade av antro­ pogena utsläpp aktualiserats. Biobränslen är koldioxid­ neutrala, dvs. den utsläppta mängden koldioxid vid förbränningen av biomassan återbinds genom fyto­ syntesen då nytt organiskt material produceras. Då biobränslen ersätter fossila energislag minskar således utsläppen av koldioxid till atmosfären i motsvarande grad. Utöver detta är en alltmera betydelsefull aspekt kring Salixodling dess stora potential som kolsänka – dvs. inlagring av kol i biomassan. Eftersom innehållet av kol i biomassan är direkt proportionellt mot tillväxten och Salix tillhör de växtslag som på våra breddgrader ger den största areella avkastningen av biomassa, tillhör också Salix det växtslag som har den största mängden kol i den stående biomassan. Välskötta Salixodlingar tar exempelvis upp 3–5 gånger så mycket kol som traditionell skog (Lindroth, 2006). Grelle m.fl. (In press) redovisar mätningar som tyder på att en Salixodling kan binda upp till inte mindre än 60 gånger mer kol än en granodling. Den Salixodlingen utgör visserligen en ”modellanläggning” på en liten yta och som sköts minutiöst noga som bas för olika forskningsändamål men jämförelsen visar ändå på den stora potential som finns att seriöst kalkylera med Salix som en mycket god kolsänka. För att ge en storleksordning av den praktiska pot­ entialen uppskattar Lindroth (2006) att ca 100 000 ha Salixodlingar som ersätter annan odling ger netto 4 % minskade koldioxidutsläpp enbart genom funktionen som kolsänka. Detta motsvarar Sveriges hela bidrag till utsläppsminskningar enligt Kyoto-protokollet. Efter­ som det bedöms att vi i Sverige har en överskottsareal på 0,5–0,6 miljoner ha åkermark (cf. Herland, 2005), skulle Salixodlingen kunna utökas utan större konflikt­ hinder. För att producera Salixflis, dvs. för etablering (inkl återställning), gödsling, skörd och transport, uppgår utsläppen av växthusgaser till ca 7 g CO2-ekvivalenter 5.2 Aktuellt delprojekt I denna rapport har ytterligare en aspekt adderats. Genom att samkompostera slam och park- och trädgårdsavfall erhålls en produkt som jämfört med ordinärt avloppsslam har en mera jordliknande struktur och som också kan vara lämplig att använda i Salixodling. På samma sätt som i fallet gödsling med icke komposterat avloppsslam uppnås motsvarande effekter avseende tillväxtökning och upptag av metaller resulterande i en hållbar nettobortförsel av kadmium och zink samt – i jämförelse med slamanvändning för produktion av traditionella jordbruksgrödor – en lägre grad av ackumulation i marken av flertalet av de övriga studerade metallerna. Mycket talar för att hygienisering av slam eller slam­produkter som används för olika odlingsändamål kommer att bli ett allmänt krav i framtiden. Det är rimligt att anta att en effektiv komposteringsprocess med avdödning av eventuellt förekommande patogener kan komma att motsvara framtida hygieniseringskrav vid återföring av näringsämnen och mullbildande ämnen till produktiv mark. En positiv bieffekt är att en god kompostering medför nedbrytning av vissa mer eller mindre svårnedbrytbara organiska ämnen som t.ex. PAH, ftalater (DEHP), nonylfenol och linjära 21 per MJ (Börjesson, 2006a). Utsläppen av CO2 från energiutvinningen betraktas som neutral då motsvar­ ande mängd CO2 återbinds i biomassan vid ny pro­ duktion av Salixved. Som en jämförelse kan nämnas att utsläppen av växthusgaser från energiproduktion baserad på fossil olja uppgår till 76 g CO2-ekvivalenter per MJ (Börjesson, 2006a). Således är CO2-utsläppen från Salixsystemet ca 1/10 av motsvarande utsläpp vid energiproduktion från olja. Med ett ökat intresse för biobränslen diskuteras allt­ mer deras energieffektivitet, eller energibalans. Ibland framförs påståenden om att det åtgår mer energi för att producera biobränsle än vad som finns i biobränslet, medan andra påståenden gör gällande att ett stort nettoöverskott av energi fås. Med energibalans menas energiutbytet dividerat med all den energi som använts i produktionskedjan, från odling till och med för­ ädling/konvertering av biobränslet. Vid produktion av Salixflis är energibalansen ca 21 (Börjesson, 2006a). Detta betyder således att mindre än 5 % av den energi som erhålls ur biomassan används som hjälpenergi. Jämfört med odling av ettåriga grödor som t.ex. raps och spannmål för produktion av livs­ medel eller energi är energibalansen för Salix drygt 3 gånger högre. Vidare är utsläppen av växthusgaser, övergödande och försurande ämnen som kan bilda fotokemiska oxidanter 2–4 gånger högre än från Salix­ systemet. En möjlighet på sikt är att utvinna etanol från Salix på åkermark när denna teknik blir kommersiell. Cellulosabaserad etanolproduktion har avsevärt bättre ”energi- och miljödata” än etanol från 1-åriga jord­ bruksgrödor som exempelvis spannmål (jfr Börjesson, 2006b). Gödsling är den aktivitet i Salixodling som kräver mest insatsenergi, ca 50 % av den totala, och ger också upphov till huvuddelen av emissionerna. Detta hänger samman med ett stort energibehov framförallt vid framställning av gödselmedel, särskilt kvävegödsel­ medel, och därmed höga utsläpp av växthusgaser. Genom att använda avloppsslam som gödselmedel i Salixodling minskar ytterligare såväl energiinsatsen som utsläppen. En beräkning efter data från Börjesson (2006) och Hasselgren (2003b) uppskattas energi­ insatsen vid slamgödsling av Salixodling minska med ca 25 % jämfört med användning av konventionella handelsgödselmedel. Detta ökar det totala energi­ utbytet i Salixsystemet med drygt 10 % och reducerar utsläppen i motsvarande grad. Vid produktion av slam­ kompost åtgår ett visst merarbete (främst blandningsoch vändningsinsatser) jämfört med användning av ett ordinärt avloppsslam vilket torde ge en något mindre ökning av energiutbytet och något ökade utsläpp. 22 6Slutsatser och rekommendationer från hela projektet • För att skapa ytterligare hållbarhet i systemet slam­ användning-Salix bör ur metallbudgetsynpunkt i första hand Cu- och Pb-innehållet i slam reduceras. Således rekommenderas prioriterade insatser av­ seende de större punktkällorna: kopparledningar i fastighetsbeståndet (Cu) och bilvårdsanläggningar (Pb). Det huvudsakliga syftet med projektet, genomfört som två delprojekt, har varit att genom direkta mätningar i fält verifiera förmågan i kommersiella slamgödslade Salixodlingar att omsätta ”urbana” metaller. Det första delprojektet genomfördes under 2002– 2003 och omfattade ett 20-tal odlingar i Skåne och i Örebro-området gödslade vid ett flertal tillfällen med konventionellt avloppsslam. Resultaten finns public­ erade i VA-Forsk Rapport 2003-47. Det andra delprojektet som redovisas i denna rapport omfattade en mindre odling i Helsingborg planterad och slamgödslad 1998, skördad vintern 2002–2003, gödslad våren 2003 med en slamprodukt framställd genom kompostering av avvattnat avlopps­slam och flisat park- och trädgårdsavfall samt skördad vintern 2005–2006. Mätningar utfördes under februari 2007. I detta kapitel sammanfattas de primära slutsatserna inom projektet samt lämnas några rekommendationer som växt fram inom projektgruppen under de fem år som arbetet pågått. 6.2Hållbar biomassaproduktion med slamgödsling • Tillväxten i undersökta slamgödslade Salixbestånd var jämförbar med tillväxten i konventionellt gödslade Salixbestånd. Med fosfor som styrande parameter tillgodoses även delar av kväve- och kaliumbehovet. • Näringsbehovet i Salixodling är av samma stor­ leksordning som för traditionella jordbruksgrödor varför slamgivorna är likartade. Slam från landets reningsverk antas potentiellt kunna tillgodose fosfor­behovet för den framtida bedömda Salix­ arealen i landet. • Med slamkompost uppnås en bättre balans i tillförda näringsämnen jämfört med enbart slam genom att koncentrationerna av kväve och kalium är högre i park- och trädgårdsavfall än i slam. • Förutom näringsaspekten ger slamkompostering en gödselprodukt med högre kvalitet än enbart slam genom att förutsättningar för avdödning av pot­ entiella patogener och nedbrytning av organiska spårämnen skapas. 6.1Tydligt mönster för metall­ omsättningen i Salixodling • Upptaget av de nio undersökta metallerna – Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn – i skördad Salixstamved var överlag högre än i traditionella jordbruksgrödor. En ökad Salixareal på bekostnad av arealen för de traditionella jordbruksgrödorna innebär således möjligheter att uppnå en minskad ackumulation av metaller i den svenska åkermarken. • Upptaget av Cd i stamveden – 6–12 g Cd/ha och år – var 10–15 gånger större än tillförseln av Cd med slam eller slamkompost vid normala slamgivor och enligt gällande regelverk. Även med det atmo­ sfäriska nedfallet av kadmium (ca 0,5 g Cd/ha och år) inräknat sker en uttalad nettobortförsel av Cd från jordprofilen. • Upptaget av Zn i stamved balanserade i stort tillförseln av Zn med slam eller slamkompost. 6.3Differentiera och nyansera kommande regelverk • Vid kommande översyn av riktlinjer och regelverk för slamanvändning på produktiv mark rekommend­ eras differentiering av gränsvärden m.m. med hänsyn till dels stora skillnader i omsättning av metaller mellan Salix och konventionella jordbruksgrödor, dels odlingssystem med respektive utan traditionell växtföljd. • Kommande riktlinjer och regelverk bör också 23 nyanseras med hänsyn till skillnader i växters närings- och metallomsättning beroende på de stora klimatologiska variationerna i landet. 6.4Kreditera Salixodling som kolsänka • Med eller utan slamgödsling resulterar en välskött Salixodling i en inbindning av kol i mark-växtsystemet som är högre än för de flesta andra odlings­ system vi känner till på våra breddgrader. En ökad Salixareal på bekostnad av arealen för traditionella jordbruksgrödor eller konventionell skog kan så­ ledes bidra till att uppnå en hållbar reduktion av koldioxidhalten i atmosfären. • Med slamgödsling ger dessutom ersättningen av handelsgödsel minskade utsläpp av växthusgaser genom dels reducerad energianvändning vid fram­ ställning av kvävegödselmedel, dels reducerad drivmedelsanvändning vid transporter av handels­ gödselmedel. • Energiutbytet för att producera Salixflis är klart högre jämfört med energiutbytet vid produktion av 1-åriga grödor för livsmedels- eller energiändamål. Detta ger överlag lägre utsläpp av växthusgaser. 24 Referenser Andersson, L. (2007). ”Bioenergi från jordbruket – en växande resurs”. SOU 2007:36. Bertholdsson, N-O. (2001). ”Fytoremediering av tungmetaller med hjälp av Salix”. Sveriges Utsädesförenings Tidskrift 2/2001: 84–90. Börjesson, P. (2006a). ”Livscykelanalys av Salixproduktion”. Rapport 60, Institutionen för miljö- och energisystem, Lunds universitet, Lund. Börjesson, P (2006b). “Energibalans för bioetanol – En kunskapsöversikt”. IMES/ EESS Rapport 59, Institutionen för miljö- och energisystem. Lunds universitet, Lund. Eriksson, J. (2001). ”Halter av 61 spårelement i avloppsslam, stallgödsel, nederbörd samt i jord och gröda.” Naturvårdsverket Rapport 5148. Greger, M. och Landberg, T. (1999). ”Use of willow in phytoextraction”. Internat­ ional Journal of Phytoremediation, 1(2): 115–124. Grelle, A., Aronsson, P., Weslein, P., Klemedtsson, L. och Lindroth, A. (In press). “Large carbon-sink potential by Kyoto forests in Sweden – a case study on willow plantations”. Manuskript för tryckning i tidskriften Tellus, Blackwell Synergy Publishing. Hasselgren, K. (1995). ”Kadmium i Salixodlingar efter behandling med kommunala restprodukter”. Rapport 1995/1. Vattenfall Utveckling AB, Stockholm. Hasselgren, K. (1999). ”Utilization of sewage sludge in short-rotation energy forestry – a pilot study”. Waste Management & Research, 17: 251–262. Hasselgren, K. (2003a). ”Utnyttjande och behandling av restprodukter i Salixodling – erfarenheter från kommunala anläggningar”. Rapport till Energimyndigheten, mars 2003. SWECO VIAK AB, Malmö. Hasselgren, K (2003b). ”Use and treatment of municipal waste products in willow biomass plantations”. Rapport nr 3242, Institutionen för teknisk vattenresurslära, LTH, Lunds universitet, Lund. Herland, E. (2005). ”LRFs energiscenario till år 2020 – Förnybar energi från jordoch skogsbruket ger nya affärer och bättre miljö”. 2:a remissversionen, februari 2005. LRF, Stockholm. Johannesson, M. och Nielsen, B. (2003). ”Värdering av möjligheterna att rena svensk åkermark från kadmium med hjälp av Salix”. ER 11:2003, energimyndigheten, Eskilstuna. Lind, A. (2007). Personlig kommunikation. Svenskt Vatten, Stockholm. 25 Lindroth, A. (2006). Personlig kommunikation. Institutionen för naturgeografi, Lunds universitet, Lund. Lundström, I. och Hasselgren, K. (2003). ”Omsättning av metaller i slamgödslad Salixodling”. VA-Forsk Rapport Nr 2003-47, Svenskt Vatten, Stockholm. Paulsrud, B och Lyngstad, E. (2003). ”Reduksjon av organiske miljøgifter og smitte­ stoffer ved ulike behandlingsmetoder for organisk avfall i Norge”. Aquateam, Norsk Vannteknologisk Senter A/S, Oslo, Norge. 26 Omsättning av metaller i Salixodling gödslad med slamkompost Box 47607 117 94 Stockholm Tfn 08 506 002 00 Fax 08 506 002 10 E-post [email protected] www.svensktvatten.se