Naturlig balance i vandmiljøet

Redfields komfortzone - et overset aspekt i dansk miljøpolitik

Af Poul Vejby-Sørensen, faglig konsulent

Nitrogen fik sit danske navn, ”kvælstof”, fordi det ”kvæler” den altfortærende ild, der ville opstå, hvis ikke atmosfæren havde kvælstof som hovedbestanddel (ca. 78 procent af atmosfæren består af kvælstof).

Men kvælstof er ikke så farligt, som det lyder.

Denne artikel handler om kvælstof (N), som er et af livets allervigtigste elementer.

Den handler om kvælstofs rolle til lands, til vands og i luften.

Den handler om, hvor nuanceret kvælstof skal betragtes, hvis dets funktion skal forstås.

Den handler om, hvordan kvælstof opfattes andre steder i verden.

Dermed handler den om noget, der ikke står i ”Miljøministeriets Lille Katekismus”.

Endelig handler den om, hvordan kvælstof i Danmark er blevet fejlvurderet i årtier og stadig bliver det.

I stedet for at indrømme en betydelig mangel på viden om, hvordan kvælstof virker i økosystemet, har Miljøministeriet valgt at stå fast på gamle antagelser og stramme skruerne hårdere og hårdere med risiko for at tage livet af landbruget og skade fiskeriet.

Politikerne glemmer undertiden, at miljøpolitik adskiller sig fra anden politik: Mens spillereglerne kan fastlægges politisk, når det gælder skattepolitik, socialpolitik, trafikpolitik og meget andet, så er spillereglerne på miljøområdet for længst fastlagt i naturlovene. Derfor retter økosystemet og naturen ikke ind efter miljøpolitiske beslutninger. Her gælder kun naturlovene – og dem må politikerne og især deres embedsværk bøje sig for.

Men gør de så det? Nej, desværre gør de ikke det. Den strategi, Miljøministeriet gennem tre årtier har forfulgt og forstærket igen og igen, vil ministeriet åbenbart ikke forlade uden sværdslag. Derfor bruger ministeriet ikke ny viden fra uafhængige forskere, men henter årti efter årti al rådgivning fra DMU/DCE, Aarhus Universitet, med hvem samarbejdet er kontraktligt fastlagt. En håndfuld eksperter fra DCE har nærmest eneret på at rådgive ministeriet og det politiske lag. Eksperterne kan derfor på ingen måde betragtes som uafhængige. De udgør et ”filter”, hvor viden, der måtte stride imod deres tidligere rådgivning, har svært ved at passere.

Sverige indhentede uafhængig rådgivning for nogle år siden og ændrede derefter strategi. Den ”risiko” ønsker det danske miljøministerium ikke at løbe. 

Læs mere om forholdene i Sverige: Fosfor eller kvælstof: Hvad gør man i Sverige?

Men lad os se nærmere på, hvordan kvælstof som et at livets helt centrale elementer opfører sig i økosystemet: 

Mark1majdug

Til lands
Kvælstof (N) er sammen med fosfor (P) og kalium (K) de vigtigste makronæringsstoffer for planter. Herudover er der en række mikronæringsstoffer, som også skal være til stede, for at planter kan udvikle sig.

Når et næringsstof forefindes i mindre mængde end planternes behov, begrænser det væksten.

Men ikke al vækst er afhængig af kvælstofgødning. Nogle planter, f.eks. kløver og bælgplanter, henter kvælstof fra luften.

Kvælstof er en forudsætning for planternes proteindannelse. Derfor medfører kvælstofmangel lavt proteinindhold i afgrøder, f.eks. korn, således at det bliver mindre anvendeligt som mad til mennesker og foder til dyr. Det er velkendt, at der er problemer med at skaffe dansk brødkorn til at lave mel af. Og foderkorn må suppleres med mere og mere importeret protein. 

Alger i Isefjorden juli 2014

Til vands
Forholdene til vands ligner forholdene til lands. Også her kan et næringsstof være i underskud og dermed begrænse væksten. Også her er det oftest kvælstof, der er i underskud. Også her gælder, at nogle organismer kan udnytte luftens kvælstof. Det gælder de udbredte cyanobakterier (også kaldet blågrønalger). Cyanobakterierne får en konkurrencefordel, når kvælstofforsyningen er lav, da de henter (fikserer) kvælstof fra luften. Derfor kan de udkonkurrere andre alger, som mangler kvælstof, og som de udskygger ved at ligge i overfladen.

Også i de marine områders komplicerede fødenet har kvælstofforsyningen stor betydning for planktonproduktionens kvalitet. På samme måde som til lands forudsætter en tilstrækkelig proteindannelse i fytoplanktonproduktionen, at der er tilstrækkelig kvælstof til rådighed.

Plankton, der produceres med tilstrækkelig kvælstofforsyning, danner protein og egner sig som fødeemne i de videre led i fødekæden. Plankton, der produceres med utilstrækkelig kvælstofforsyning, danner for lidt protein og er mindre egnet som fødeemne i fødekæden. Og hvis det ikke spises af zooplankton, efterlades det til forrådnelse under iltforbrug.

Poul graf 1

En anden virkning af utilstrækkelig kvælstofforsyning er, at det andet vigtige næringsstof, fosfor, kommer til at dominere. Det betyder, at væksten (celledelingen) speedes op, fordi fosfor spiller en central rolle for cellekernernes energiforsyning i forbindelse med vækst og indgår i cellekernernes ribosomer, som er centrale for reproduktionen. (Figuren til højre).

Et lavt kvælstofindhold (og dermed relativt højt fosforindhold) i vandmiljøet kan altså betyde hurtigere algevækst, men ringere  (proteinfattig) planktonkvalitet.

Dette harmonerer dårligt med, at myndighederne søger at begrænse kvælstof, hvor der er mindst af det, nemlig hvor kvælstof er fysiologisk begrænsende (dvs. N/P < 7).

Sammenhængen mellem N/P-forhold og planktonkvalitet kan måske forklare, hvorfor lavt N/P ofte er forbundet med dårlig økologisk tilstand, altså at der er lavt iltindhold og lav sigtedybde.

Selv om Miljøministeriet i årevis har benægtet denne sammenhæng, kan den måske forklare, hvorfor den gennemførte halvering af kvælstofudledningen, og halveringen af N-koncentrationen i recipienterne, ikke har givet resultater for vandmiljøet, hvad angår iltindhold, sigtedybde (klarhed) og udbredelse af ålegræs.

Redskabet kvælstofbegrænsning har simpelt hen en anden og langt mere kompleks virkning i økosystemet end forudsat af Miljøministeriet. 

Mark1 Tina

I luften
Luften består for ca. 78% vedkommende af kvælstof, der spiller en forholdsvis passiv rolle. Atmosfæren virker som et kvælstof-reservoir eller ”buffer-lager”. Der udveksles kvælstof mellem vand og luft gennem på den ene side nedfald og fiksering og på den anden side denitrifikation og anammox. Hvis der fra det marine økosystems ”synsvinkel” mangler kvælstof, rykkes balancen i processerne, så der skaffes mere kvælstof. Er der for meget kvælstof, sendes det op i atmosfæren ved denitrifikation og/eller anammox (= anaerob ammonium oxidation).

Det marine økosystem tenderer mod et kvælstofindhold på ca. 7 gange fosforindholdet (Redfield-relationen). Så når dansk miljøpolitik går ud på at begrænse kvælstof, hvor der er fysiologisk kvælstofbegrænsning (N/P < 7), betyder det, at vore politikere direkte modarbejder økosystemet, der følger naturlovene. 

N/P-forholdet påvirker cellestørrelse, proteinindhold og væksthastighed
Som det ses af figuren i det foregående kapitel, har forholdet mellem kvælstof og fosfor (N/P-forholdet) – her målt i biomassen – betydning for flere ting.

Ved lavt N/P – altså relativt meget fosfor (til venstre i figuren) – dannes små celler med mange ribosomer (fosforkrævende organeller i cellekernerne), der genererer høj vækst – altså mange celledelinger.

Ved højt N/P – altså relativt meget kvælstof (til højre i figuren) – dannes større celler med højere proteinindhold (kvælstofkrævende) og langsommere vækst.

Forskere ved University of Maryland har analyseret 30 års data om kvælstof- og fosforkoncentrationer og N/P-forholdet samt forekomsten af fytoplankton, zooplankton, bunddyr og fisk i Bay Delta nær San Francisco.

Denne analyse viser, at fytoplankton produceret med lav kvælstofforsyning (lavt N/P), indeholder mindre protein og derfor i mindre grad ”græsses” af zooplankton, hvilket igen betyder, at et større overskud af fytoplankton efterlades til iltforbrugende bakteriel nedbrydning.

Hvis primærproduktionen derimod sker med tilstrækkelig kvælstofforsyning (højere N/P), opnår fytoplankton et højere proteinindhold, så det i højere grad ”græsses” af zooplankton. Der kommer mere aktivitet i fødekæden, hvilket i sidste ende fører til bedre vandmiljø og en større fiskebestand.

Det er dog værd at bemærke, at firkantede regler ikke eksisterer: Ændringer i artssammensætningen kan føre til uventede resultater. Men det er dokumenteret, at forholdet mellem næringsstofferne, f.eks. N/P, har stor betydning og bør anskues i højere grad en enkelte næringsstoffers koncentration.

N/P-forholdet har via kvaliteten af fytoplankton enorm betydning for hele fødenettet. Som tommelfingerregel regnes nemlig med, at 1 kg fisk har aftaget 1000 kg fytoplankton gennem fødekæden. En tydelig illustration af, hvad kvaliteten betyder for, om fytoplankton spises eller rådner, og hvad den betyder for fiskebestanden. 

Betænkelig dansk regulering
På den baggrund er det betænkeligt, at dansk vandmiljøstrategi overhovedet ikke inddrager kvaliteten af fytoplankton, men udelukkende tager udgangspunkt i at begrænseproduktionen af fytoplankton gennem begrænsning af kvælstof, hvor kvælstof er begrænsende faktor (områder med N/P < 7).

Intentionen er, at begrænse fytoplanktonproduktionen, så der ikke skal nedbrydes så meget. Men teorien holder ikke. Dels skal plankton jo gerne indgå i fødekæden og ikke bare nedbrydes. Dels forringes planktonkvaliteten som nævnt, når fytoplankton ”sultes” for kvælstof. Den bliver mindre proteinholdig og mindre egnet som fødeemne for næste led i fødekæden, zooplankton. 

Fødenettet og Redfield
Hele vandsøjlen med dens mange processer, interaktioner og forskellige fødekæder betegnes ”fødenettet”.

Redfield ration

I et afbalanceret fødenet matcher ”efterspørgslen” i hvert led produktionen i det foregående led. Sandsynligheden for at opnå en ideel balance er størst inden for den såkaldte ”Redfield komfortzone” med N/P fra ca. 7 og op til 15-20. (Se figuren til højre).

Det paradoksale er, at Miljøministeriet siden slutningen af 1980’erne har holdt fast i strategien med at begrænse kvælstofkoncentrationen i områder med defineret kvælstofbegrænsning (dvs. N/P < 7). Herved sænkes N/P yderligere, hvor det i forvejen er lavt, og N/P presses væk fra komfortzonen til skade for vandmiljøet. Dette er illustreret med en tilføjet rød pil (figuren til højre).

N/P og miljøtilstand
Den nævnte strategi med at begrænse kvælstof og sænke N/P yderligere, hvor N/P i forvejen er lavest, kolliderer med, at lavt N/P erfaringsmæssigt fører til forringet vandmiljø med reduceret iltindhold, nedsat sigtedybde og dårligere økologisk tilstand.

Intentionen er som nævnt at begrænse væksten gennem begrænsning af vækstfaktoren i underskud, nemlig kvælstof. Men herved sender man netop N/P-forholdet længere væk fra Redfield komfortzonen.

Det nuancerede budskab er: ”Kvælstofbegrænsning betyder, at økosystemet modtager for meget fosfor – IKKE at kvælstof skal begrænses!”

Begrænsning af fosfor er altså nøglen til lavere indhold af både fosfor og kvælstof.

At Miljøministeriets medicin gennem et kvart århundrede har vist sig virkningsløs, skyldes at den var (og er) forkert. Men i stedet for at skifte til en bedre medicin, blev dosis bare sat op igen og igen; Skrappere og skrappere kvælstofnormer til milliardomkostninger.

Når man sammenholder dette med, at der intet sted i verden har kunnet dokumenteres forbedret vandmiljø som følge af kvælstofbegrænsning, er der basis for både eftertanke, selvransagelse og revurdering i de relevante fora! 

Skriv en kommentar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

Scroll til toppen