Våtmarksintresserade samlades för en utbildningsträff i Uppsala den 19 november för att lyssna till de erfarna våtmarksforskarna Karin Tonderski och Börje Ekstam som under dagen delade med sig av sina erfarenheter vad gäller att skapa och använda våtmarker för vattenrening och biologisk mångfald. VA-guidens redaktör Vilhelm Feltelius deltog och sammanfattar det viktigaste från en fullspäckad förmiddag.

En sedvanligt mörk och blöt novemberförmiddag samlades våtmarksfantaster från kommunal och privat sektor för att lyssna till våtmarksforskningens motsvarighet till Simon and Garfunkel. Det föreläsarna Karin Tonderski, Linköpings universitet, och Börje Ekstam, Linnéuniversitet i Kalmar, inte vet om våtmarker, är sannolikt inte värt att veta.

Utbildningsträffen, som anordnades av konsultföretaget WRS, ingick som en del i ett treårigt LOVA-projekt med titeln ”Kunskapsuppbyggnad kring skötsel av anlagda våtmarker och dammar”. Nedan följer en sammanfattning av vad som sades under utbildningsträffen.

Reningsprocesser och faktorer som avgör effekt på vattenkvalitet – Karin Tonderski

Karin Tonderski, universitetslektor vid Linköpings universitet fokuserade i sin föreläsning med att ge en bakgrund till våtmarker och de faktorer som avgör hur väl en våtmark fungerar med avseende på vattenrening. Hon gick även igenom vilka processer som är viktiga vid fosfor- och kväveavskiljning i våtmarker.

Våtmarker kan se ut på många olika sätt och anläggs för flera olika syften. Traditionellt har varit att nyttja våtmarker för rening av fosfor från jordbruksmark eller som ett sista steg efter ett avloppsreningsverk. Våtmarker med syfte att rena dagvatten blir idag dock allt mer vanligt förekommande.

Viktiga faktorer för vattenrening i våtmarker

Det finns ett antal viktiga faktorer som avgör hur väl en våtmark fungerar med avseende på vattenrening. Det handlar om våtmarkens lokalisering i landskapet, dess storlek och djup, övrig utformning såsom in- och utlopp, samt skötsel.

Våtmarkens lokalisering i landskapet kommer att påverka hur mycket näringsämnen och föroreningar som anläggningen belastas med och därigenom vilken avskiljningseffekt som den kommer att ha. Om våtmarken är placerad högt upp eller längre ner i avrinningsområdet, kommer att spela en roll då den kommer ta emot en större eller mindre del av vattenflödet. Det är troligt att våtmarkens reningseffekt blir lägre i en våtmark som mottar ett stort vattenflöde eftersom koncentrationerna av näringsämnen eller föroreningar samtidigt då blir små. Avskiljningen blir därför lägre än för en våtmark som tar emot höga koncentrationer näringsämnen.

Hydraulisk belastning är ett begrepp som beskriver inflödet av vatten till våtmarken dividerat med dess area. När Karin och hennes kollegor undersökte den hydrauliska belastningen för ett stort antal våtmarker i jordbrukslandskap var variationen mycket stor, mellan 0,004 och 12 meter vatten per dygn. Om målet är att koncentrationerna av fosfor eller kväve ut från våtmarken ska vara mycket lägre än de inkommande koncentrationerna är det inte önskvärt med en våtmark där det rinner in 12 meter vatten per dygn. Skillnaden i koncentration in och ut från våtmarken kommer då att bli mycket liten.

Skilj på specifik avskiljning och procentuell avskiljning

Det är ju såklart inte bara mängden vatten in i våtmarken som kommer att variera beroende på var den lokaliseras, utan även koncentrationen av näringsämnen och föroreningar. När det gäller exempelvis fosfor varierade inflödeskoncentrationen i våtmarker i jordbrukslandskap som Karin och hennes kollegor undersökte mellan 0,04 och 2,2 milligram per liter, medan belastningen på våtmarker varierade mellan 0,4 och 307 gram fosfor per kvadratmeter våtmark och år. Belastningen skiljde alltså stort mellan olika våtmarker.

När avskiljning i våtmarker diskuteras är det viktigt att kunna skilja på specifik avskiljning och procentuell avskiljning. Specifik avskiljning motsvarar hur mycket våtmarken avskiljer per kvadratmeter våtmark. Procentuell avskiljning innebär precis vad det antyder, nämligen hur mycket av exempelvis fosfor som avskiljs från att vattnet flödar in i våtmarken jämfört med när vattnet lämnar anläggningen.

Enligt Karin är det viktigt att fundera på vad som är målet med våtmarken som ska anläggas. Om recipienten är väldigt känsligt kan det vara bra att anlägga en så stor våtmark som möjligt, eftersom det ger en hög procentuell avskiljning. Är målet istället en så kostnadseffektiv våtmark som möjligt kan det istället vara värt att anlägga en mindre våtmark då vi sannolikt erhåller en högre specifik avskiljning, det vill säga mer mängd avskiljd fosfor per kvadratmeter våtmark. Karin är samtidigt tydlig med att det inte alltid går att välja precis var våtmarken ska ligga. Ofta är det istället en fråga om hur mycket mark som finns tillgänglig för anläggningen.

Den hydrauliska effektiviteten

Hur väl föroreningar och näringsämnen avskiljs i våtmarken beror även till stor del på om vattnets sprids jämt i våtmarken eller inte. Hur mycket av våtmarksarean som ”deltar” i reningsprocessen definieras som hydraulisk effektivitet och styrs av dammens utformning, hur inlopp och utlopp är placerade samt om det finns olika djupa och grunda zoner. Nedan visas några exempel, dels på utformning, dels på hur inlopp och utlopp kan placeras för sprida vattnet jämt i våtmarken. Om vi kan åstadkomma en god hydraulisk effektivitet i våtmarken undviker vi ”döda” zoner och att hela våtmarken bidrar till avskiljningsprocessen. Med hjälp av olika hinder, såsom makadamvallar eller växter, kan vattnet tvingas genom delar av våtmarken som annars inte hade medverkat till avskiljningen. Exempel på lämpliga utformningar som sprider vattnet i anläggninen skulle i bilden kunna vara alternativ G, K, och I.

Olika schematiska utformningar på en våtmark som ger olika hydraulisk effektivitet (spridning av vattnet). I exempel O, P, Q används olika former av ”hinder” för att sprida vattnet i anläggningen. Bild: Karin Tonderski.

Växterna avgörande för kväveavskiljningen

Nyckeln till avskiljning av kväve i en våtmark är en väl fungerande denitrifikation, en mikrobiologisk process där organiskt material bryts ner med hjälp av nitrat istället för syre, till följd av alltför låga eller försumbara syrehalter. Oxidationen kan då ske med hjälp av syret i nitratjonen och nitratet omvandlas då till kvävgas. För att denna process ska fungera är närvaron av växter viktigt eftersom de tillför organiskt material som i sin tur utgör energikälla till de bakterier som utför denitrifikationen. Just övervattensväxter är särskilt bra ur kväveavskiljningssynpunkt eftersom dessa, tack vare fotosyntes ovan vattenytan, inte heller bidrar till syresättningen.

Växter fyller även andra funktioner i en våtmark. Alla högre växter och makroalger skapar ytor för mikrobiell tillväxt samtidigt som de hjälper till att filtrera bort partiklar. Enligt Karin är en avskiljning på 500 kg kväve per hektar våtmark och år rimligt att räkna med om våtmarkerna lokaliseras i ett läge som genererar höga koncentrationer av nitrat. 

Sedimentation den viktigaste processen för avskiljning av fosfor

Avskiljningen av fosfor beror av på både fysiska och kemiska processer, där sedimentation utgör den kanske viktigaste avskiljningsprocessen. En väl fungerande sedimentation kan uppnås genom en djupdel i den inledande delen av en våtmark eftersom fler och lättare partiklar då ges tid att sedimentera.

Växter i våtmarker bidrar samtidigt till att stabilisera sedimenten och minskar därmed risken för resuspension av sedimenten. Närvaron av växterna minskar samtidigt också risken för desorption som kan ske vid händelse syrefria förhållanden eller om det förekommer mycket järn i sedimenten. Det bör också tilläggas att avskiljningen i våtmarken försvåras av fosfor inte bara förekommer som bundet till partiklar, utan även som löst fosfat, vilket är betydligt svårare att avskilja i våtmarken.

Sedimentation är den viktigaste processen för fosforavskiljning. Resuspension av sediment kan minskas med hjälp av växtlighet samtidigt som desportion kan ske om sedimenten blir anaeroba. Bild: Karin Tonderski.

Effekten av en våtmark är tydligt kopplat till vattenflödets variation, där en mindre variation i flöde ger bättre avskiljning. Därför är exempelvis avskiljningen ofta högre i en våtmark som renar avloppsvatten eftersom flödet till våtmarken då är mer kontinuerligt jämfört med en våtmark som hanterar dagvatten eller vatten från jordbruksmark. Då kan flödet istället periodvis vara högt och periodvis lågt.

Enligt Karin är det rimligt att räkna med att mindre våtmarker i dräneringssystem där jordarna är lerdominerande kan avskilja mer än 50 kg fosfor per hektar våtmark och år.

Sammanfattningsvis

Således går det att sammanfatta ett antal kritiska faktorer för att erhålla en väl fungerande våtmark med avseende på målet vattenrening:

• Välj lokalisering och storlek utifrån det du vill uppnå (tänk specifik avskiljning eller procentuell avskiljning). Belastningen av näringsämnen eller föroreningar är den enskilt viktigaste faktorn.
• Skapa en våtmark med en genomtänkt djupprofil för att gynna den vegetation som är önskvärd och för att motverka eller gynna syrebrist, beroende på vad som ska uppnås.
• Etablera vegetation utifrån vad du vill avskilja.
• Tänk igenom skötselbehov och utforma våtmarken efter det (inlopp, utlopp, släntlutningar).

Kolonisation och spridning av funktionellt viktiga våtmarksväxter i ett landskap fattigt på våtmarker. Vad krävs av anläggaren?

Börje Ekstam, universitetslektor vid Linné-universitetet i Kalmar gav åhörarna en introduktion i kolonisation och artsammansättning i en våtmark och hur detta kan förklaras genom att dela in arterna i olika funktionella grupper.

Förstå den regionala artsammansättningen

Artsammansättningen i anlagda våtmarker beror till stor del på vad som i artväg redan finns på platsen där våtmarken ska anläggas. Utöver de arter som går att identifiera visuellt är det är viktigt att komma ihåg den lokala fröbanken. Kolonisationen av nya arter är präglad av den regionala dynamiken, det vill säga var det finns för arter i omgivningen, vilka egenskaper dessa har, var de finns och hur de sprids.

Hur väl arter kan etablera sig i en anlagd våtmark beror även på tillgången på luckor i vegetationen. Många våtmarksväxter har sensorer för att känna av fördelningen av ljus. Om växttäcket är tätt kommer ljuset filtreras på ett sådant sätt att förekomsten av mörkrött ljus blir stor, något som påverkar groningsprocessen negativt.

Vattendjup, uttorkning och växtätare 

En annan faktor som påverkar kolonisationen är vattendjupet, något som i sin tur kan leda till syrebrist vid höga vattennivåer. Våtmarksväxter har olika trick för att hantera bristen på syre, men eftersom vissa av arterna från början var landväxter så har den evolutionära anpassningen varit mer eller mindre bra på fröstadiet. För exempelvis övervattensväxter har detta inneburit icke kopplade egenskaper hos juveniler och adulter och att dessa arter under fröstadiet inte är anpassade för syrebrist. I praktiken innebär det att alla övervattensväxter måste ha barlagda jordar för att kunna gro och kolonisera. Undervattensväxter och flytbladsväxter har däremot anpassat den juvenila groningsfasen till att starta i vatten.

Även uttorkning spelar in när det gäller vilka arter som kommer att kolonisera och vilka som kommer att dö ut.  Olika våtmarksväxter har olika strategier att hantera uttorkning vilket syns extra tydligt i våtmarker som tillåts torka ut och sedan fyllas igen. Dessa får en annan artsammansättning än de våtmarker som är varaktigt dränkta.

Växtätare har en effekt vad gäller vilka arter som kommer att kolonisera våtmarken. Genom att de ofta trycker ner dominerande arter ges småvuxna arter tillåts etablera sig, arter som annars skulle konkurreras ut. Växtätarna bidrar även till fröspridning.

Funktionella grupper underlättar förståelsen

Det finns en hiskelig massa vattenväxter men även listiga sätt att dela in dem i funktionella grupper. Ett sätt att skapa sådana grupperingar är genom att utgå från tre primära strategier i den så kallade CSR-teorin, framtagen av J. P. Grimes år 1979. CSR-teorin utgår från två evolutionärt styrande miljöfaktorer: graden av störning, som dödar biomassa, samt stress som minskar tillväxten. Detta skapar i sin tur tre primära strategier:

1. C-arter eller konkurrensarter, som trivs i näringsrik, ostressad miljö och utan störningar.
2. R-arter eller ruderater, som trivs då det ofta sker störningar men där miljön är näringsrik.
3. S-arter eller stresståliga arter, som trivs i magra förhållanden men sällan störningar.

För att krångla till det lite finns såklart även kombinationer av dessa strategier, men det lämnar vi därhän i denna sammanfattning. 

Den listiga bladvassen

Två utpräglade C-konkurrensstrateger är bladvass och bredkaveldun. De kännetecknas av att de monopoliserar resurser samtidigt som de har förna som skuggar sin omgivning och är på så vis duktiga på att erövra och försvara en yta. Monopoliseringen gör att de också är inställda på en god återbäring vad gäller näring, vilket gett dem en sen könsmognad och att en relativt liten andel som satsas på fröproduktion. Den största delen av resurserna går istället åt till lagring och vegetativ expansion.

Just bladvassen är lite extra listiga i sitt sätt att fungera. De skapar en, för sig själv, ogynnsam miljö genom att låta döda stående strån stå kvar i upptill fyra år (beroende på snö- och isförhållanden). Detta skuggar de egna nya skotten och bidrar samtidigt till att skapa anaeroba förhållanden i vattnet och karboxylsyra som fräter sönder rötter och försvårar näringsupptaget. Vassen skapar helt enkelt en miljö som är dålig för dem själva om de får stå ostörda.

Varför då kan man ju undra?

Börje nämner invasion som en aspekt, det vill säga, att bladvassens taktik gör det svårare för andra växtarter att ta över en sådan plats. Sannolikt är det dock vassens konkurrens med bakterier som är den primära anledningen. När näringsämnen i form av nitrat och fosfor lösgörs och rinner in i våtmarken under tidig vår är konkurrensen från bakterier inte särskilt stor. Vassen passar då på att ta upp de externa resurserna av näringsämnen. När halterna sedan sjunker går vassen istället över till att använda interna lager av kväve. Således tömmer man alltså först ut tillförda vår-resurser innan gamla lager används för att växa. På så sätt finns det mindre näring kvar åt bakterierna som får svårare att konkurrera med vassen.

Gror, segrar och dör

Ruderater eller r-strateger är kortlivade, har snabb tillväxttakt och satsar därför mycket energi på fröproduktion. De nyttjar tillfällen då tillgången på resurser är god men räknar inte med att det goda livet består vilket gör att de sätter frön i mängder.

Typiskt för Ruderater är att annars att de har vad man kalla för  extrema groningssensorer och använder därför både hängslen och livrem för att säkerställa att förhållandena för att gro är de rätta. Exempel på ruderater är vattenmöja (Ranunculus aquaticus) och Islandsfräne (Rorippa islandica).

S-strateger trivs inte i våtmarker

De stresståliga s-strategerna finner vi framför allt i näringsfattiga klarvattensystem. Typiskt för dessa är att de har mycket mykorrhiza, även i vattenmiljö. Problemet är att vid höga fosforhalter och anaeroba förhållanden har mykhorrhizan svårt att existera. Resultatet blir att det är ovanligt att s-strateger återfinns i våtmarksmiljöer.

Ett exempel på en mycket kräsen s-strateg är skaftslamkrypa (Elatine hexandra) som varken tål brunifiering, eutrofiering eller försurning. En annan art som klassas som s-strateg är Nålstarr (Carex dioica L.).

Strandzoner med olika ekologiska nischer

Genom att utgå från en tumregel om en släntlutning på 1:6 skapas variationer i vattendjup som i sin tur bildar olika strandzoner med olika ekologiska nischer (se bild nedan). I varje zon är arterna där anpassade att tåla en viss nivå av stress som beror av intensitet och varaktighet. Björn drar en parallell till migrän och huvudvärk. Det kan vara acceptabelt med lite huvudvärk under en längre tid eller migrän under kort tid, men inte migrän under en längre tid. På motsvarande sätt representerar vattendjupet intensiteteten av stress, eller hur mycket huvudvärk man har. Hur länge vattenytan står och mättar jorden motsvarar i sin tur varaktigheten på huvudvärken. 

Den första strandzonen finns över högvattennivån och där sker normalt ingen översvämning. Här trivs fuktängsarter, som visserligen tål hög grundvattennivå men inte dränkning. Därefter följer starrmader, med låg till hög starrvegetation, som trivs ut till ungefär en halv meters djup. Ytterligare lite längre ut tar vassen över. Normalt trivs inte vassen på ett djup större än 0,5 meter eftersom deras jordstammar har svårt att få fäste längre ut än så. Det resulterar i sin tur i att det ofta bildas en distinkt vassfront.

Finns växtätare närvarande kan vassen etablera sig på upptill omkring 1,5 meters djup. Detta är enligt Börje en adaptation till växtätarna som ”skrämt” ut vassarna på djupare vatten. Om korna försvinner kommer vassen inte avancera lika långt ut. Zoneringen beror alltså på störningar i form av variation av vattendjup och växtätare.

På öppet vatten dominerar flytbladsvegetation tillsammans med undervattensvegetation.

Strandzoneringar med olika ekologiska nischer, beroende av vattendjupet.

Core-satellite-hypotesen

Många våtmarker försvann under 1900-talet, dels till följd av torrläggning, dels genom de att tillåtits växa igen. Frågan man kan ställa sig är hur kolonisationen av anlagda våtmarker påverkas av en lång period med ökade lokala utdöenden och minskande lokala populationsstorlekar?

En hypotes som erbjuder en teori för att förstå detta Core-satellite hypotesen (CSH, Hanski, 1982). Teorin baseras på att man låtsas att alla arter är lika men med olika fördelning i landskapet. Hypotesen utgår från att det finns ett positivt samband mellan lokal och regional abundans, det vill säga att finns man som art i många våtmarker, då är man också vanligt förekommande i dessa våtmarker (kärnarter). Hypotesen förutsätter även att vissa arter är väldigt ovanliga i landskapet, och dessa också ovanligt förekommande där de väl finns (satellitarter).

Svaret på den inledande frågan är att regionalt vanliga arter, särskilt de som gynnats av 1900-talets landskapsförändringar, är framgångsrika kolonisatörer av anlagda våtmarker. Ovanliga arter, särskilt de som har drabbats av habitatförlusterna har svårt att kolonisera anlagda våtmarker. Börjes slutsats är därför att om vi är ute efter våtmarksväxter med särskilda biologiska funktioner eller ekosystemtjänster kan vi inte förvänta oss att dessa tillkommer våtmarken naturligt. Sådana arter kommer att behöva etableras genom sådd, plantering eller givarfröbankar.