Upload
inez
View
50
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
REDUKTION AF NITRAT UNDER RODZONEN Vibeke Ernstsen Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (GEUS) Plantekongres 2006, Herning, 10. januar 2006. Indhold: Nitratreduktion og vandmiljøet Processen/processerne Umættet zone, udbredelse og potentiale for reduktion - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
REDUKTION AF NITRAT UNDER RODZONEN
Vibeke ErnstsenDanmarks og Grønlands Geologiske
Undersøgelse (GEUS)
Plantekongres 2006, Herning, 10. januar 2006
Indhold:
• Nitratreduktion og vandmiljøet
• Processen/processerne
• Umættet zone, udbredelse og potentiale for reduktion
• Mættet zone og potentiale for reduktion
• Vandets strømningsmønster og fordeling af nitrat
Rodzone
Denitrifikation under rodzonen
Denitrifikation under rodzonen og recipienter
• vandløb
VandløbGrundvand
• grundvand
• marine miljø
Marine miljø
• søer
Søer
Reduktion med organisk stof: 5 C + 4 NO3
- + 2 H2O 2 N2 + 4 HCO3- + CO2
Reduktion med pyrit: 5 FeS2 + 14 NO3
- + 4 H+ 7 N2 + 10 SO42- + 5 Fe2+ + 2 H2O
Reduktion med ferrojern og dannelse af frit kvælstof: 5 Fe2+ + NO3
- + 12 H2O 5 Fe(OH)3 + 0.5 N2 + 9 H+
Reduktion med ferrojern og dannelse af ammonium: 8 Fe2+ + NO3
- + 21 H2O 8 Fe(OH)3 + NH4+ + 14 H+
Reduktion med methan: 5 CH4 + 8 NO3
- + 3 H+ 4 N2 + 5 HCO3- + 9 H2O
Nitratreduktion - flere mulige processer
• biologisk eller abiotisk proces under iltfrie forhold
Reducerende stoffer:
• biotilgængeligt organisk stof• reduceret svovl (pyrit & svovlbrinte)• tilgængeligt ferrojern (opløst og strukturelt bundet)• mangan• methan• ?
NOGEN FORBRUGES - NOGEN GENDANNES
Umættet og mættet zone
Jordbundsdannende processer Jordb
unde
n
Um
ætte
t zon
e
Kapillære zone
Grundvandszone
Van
dspe
jls-
flukt
uatio
n
Permeabilitets-forskelle
Midlertidigt vandspejl
Porøsesedimenter
Spr
ækk
e
?
Nuværende grundvandsspejl
Maximum/minimum normalt vandspejl
Efter Looney og Falta, 2000
UMÆTTET ZONE• Rodzone eller
jordvandszone• Intermediære zone• Kapillære zone
MÆTTET ZONE(GRUNDVANDSZONE)
Udbredelse af umætttet zone
gul: 0-5 morange og rød: 5-10 m grøn: 10-20 m, lyseblå:20-50 m mørkeblå : 50-150 m
Sandområde - St. 6.08
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,090 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03
Gru
ndva
ndss
tand
(m u
nder
terr
æn)
Per Rasmussen, GEUS
Lerområde - St. 4.02
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,090 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03
Gru
ndva
ndss
tand
(m u
nder
terr
æn)
Nitratreduktion - umættet zone
• biologisk eller abiotisk proces under iltfrie forhold• potentialet for nitratreduktion afhænger af tilførsel af reducerende stoffer - den oprindelige pulje er opbrugt
Plantedække medfører løbende tilførsel af organisk stof• på overfladen, hvor det kan vaskes ned• i rodzonen - rødder mm• jordfauna og - flora inkl. bakterier
Organisk stof tilbageholdes:• sorption• kompleksbinding • forbruges• udfælder• mm
Max dybde 3 meter
0
5
10
15
0 2 4
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (
m)
SBV
0
5
10
15
0 2 4 6
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (
m)
SBVI
0
5
10
15
0 2 4 6
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (m
)
SBIII
0
5
10
15
0 5 10
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (
m)
SBIV
0
5
10
15
0 1 2
Nitrate (mg NO3-N kg -1)
Dep
th (
m)
SBXII
0
5
10
15
0 2 4
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (
m)
SBXI
0
5
10
15
0 1 2
Nitrate (mg NO3-N kg -1)
Dep
th (
m)
SBX
0
5
10
15
0 2 4
Nitrate (mg NO3-N kg -1)
Dep
th (
m)
SBIX
0
5
10
15
0 8 16
Nitrate (mg NO3-N kg-1)
Dep
th (
m)
SBVII
0
5
10
15
0 8 16
Nitrate (mg NO3-N kg -1)
Dep
th (
m)
SBVIII
0
5
10
15
0 8 16
Nitrate (mg NO3-N kg -1)
Dep
th (
m)
SBI
Ramsømagle
Ramsølille
Viby
SBISBIII
SBVIIISBIX
SBIV
SBVI
SBX
SBXISBV
SBXIISBVII
Nitratreduktion - under den umættede zone
15
20
25
30
0 0,1 0,2
Alkalinitet(mækv L-1)
Dep
th (
m)
15
20
25
30
0 50 100
Nitrat(mg NO3 L
-1)
Dep
th (
m)
15
20
25
30
0 50 100
Sulfat(mg SO4 L
-1)
Dep
th (
m)
15
20
25
30
0 5 10
Ferrojern (mg Fe L-1)
Dep
th (
m)
15
20
25
30
4 5 6 7
pH
Dyb
de (
m)
Kristiansen et al., 1991
GVS
Reduktion under iltfrie forhold ved de oprindelige reducerende stoffer- derfor i forskellig dybde. Betydelige geologiske forskelle.
Nitratkoncentrationen under natur og landbrug
N
32.535.0
37.5 40.0 42.5 45.0 47.5
Rabis bæk
Gru
ndva
ndss
kel
T8 T7
T3
T4
T5 T
6T1
T2
Granplantage og hedeAgerGrundvandspotentiale
1 km
dyrket dyrketplantage og hede
Postma et al., 1991
”Landbrugsvand” ”Naturvand”
Reduktionskapacitet og grundvandskvalitet
LAV HØJMIDDEL
NitratIlt
Dybd
e
Koncentration Koncentration
Dybd
e
Ilt
Nitrat
Koncentration
Dybd
e
Ilt
Nitrat
Lerholdige prøver med 15 % ler• Organisk stof: 0,05 % C• Pyrit: 0,003 % S• Ferrojern: 0,9 % Fe
Kapacitet: 90 -110 mol nitrat pr. m3
Pr. meter: 250 - 300 år
Sand med 1- 2 % ler• Organisk stof: 0,03 % C• Pyrit: 0,005 % S• Ferrojern: 0 % Fe
Kapacitet: 30 mol nitrat pr. m3
Pr. meter: 95 år
Lerholdige prøver med 30 - 40 % ler• Organisk stof: 0,10 % C• Pyrit: 0,005 % S• Ferrojern: 1,2 % Fe
Kapacitet: 150 -180 mol nitrat pr. m3
Pr. meter: 420 - 500 år
Sand med 1 - 2 % ler• Organisk stof: 0,15 % C• Pyrit: 0,012 % S• Ferrojern: 0 % Fe
Kapacitet: 160 mol nitrat pr. m3
Pr. meter: 465 år
Beregning af redoxkapacitet - eksempler
DENNE BEREGNING TAGER IKKE HØJDER FOR REAKTIVITETEN AF DE REDUCERENDE STOFFER
IV VI II III
Tilførsel af reducerende stoffer
Oxiderede sedimenterReducerede sedimenter
Grundvandsspejl
VNitrat
IVNitrat
IIINitrat
IINitrat
INitrat
Dyb
de
Dyb
de
Dyb
de
Dyb
de
Dyb
de
Reduktion af nitrat - geologiske typeområder
Vandets strømningsmønster - geologiske forskelle
Vandløb
Vandskel
Grundvands-spejl
Strømretning
Ækvipotentiale-kurve
Umættet zone
Ler- og sandlag
Kalk
NedsivningsområdeUdstrømningsområdeNedsivningsområde
Vandstand i nedre magasin
Afstrømning i øvre magasin
Nedsivning
Vandstand i øvre magasin
Boring
VandløbGrøft
Afstrømning i nedre magasin
Brønd
KonklusionEt godt kendskab til nitratreduktionsprocessen og dens udbredelse er en nødvendig forudsætning for at vurdere konsekvenser påvandmiljøet - grundvand, overfladevand og det marine miljø.
LITTERATUR:
• Miljøstyrelsen. 2001. Arbejdsrapport nr. 24 • Miljøstyrelsen. 2005. Miljøprojekt nr. 1023, 1024 og 1025
• Ernstsen, V., H.J. Henriksen og F. von Platen. 2001. Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen. Arbejdsrapport nr. 24.
• Ernstsen, V. 2005. Nitratreduktion i den umættede zone. Miljøprojekt 1023.
• Ernstsen, V., Jørgensen, N., og Lynge, C.R. 2005. Metode til analyse af reducerende stoffer i sedimenter. Miljøprojekt 1024.
• Ernstsen, V. 2005. Undersøgelse af reaktiviteten af reducerende stoffer i nogle danske sedimenter - et pilotstudie. Miljøprojekt 1025.