Modelling nutrient transport from forest ecosystems to surface waters: The model ForSAFE-2D

Bidragets översatta titel : Modellering av näringstransport från skogsekosystem till ytvatten

Giuliana Zanchi

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

231 Nedladdningar (Pure)

Sammanfattning

Skogar tillhandahåller en mångfald av produkter och tjänster som alla är kopplade till vattenresurser. Träd behöver vatten för att växa och samtidigt förändrar träd kvalitén och kvantiteten av avrinningen genom modifiering av vatten- och näringsämneskretsloppet. Förståelsen av samspelet mellan skog och vatten är grundläggande för att kunna utvärdera konsekvenserna av naturlig och antropogen påverkan, såsom klimatförändring och skogsbruksåtgärder, på försörjningen av skogsprodukter och tjänster.
På grund av ekosystemens komplexitet används ofta modeller för att förstå interaktionerna mellan olika delar av systemen under förändrande förhållanden. ForSAFE är en dynamisk, mekanistisk ekosystemmodell som simulerar lagring och flöde av kemiska ämnen i skogsekosystem. Modellen har utvecklats för att bättre förstå påverkan av miljöförändringar på skogsbiomassans kemi samt mark- och markvattenkemi på skogsbeståndsnivå.
De första två studierna i denna avhandling är exempel på tillämpning av ForSAFE i skogsbestånd i södra Sverige. Modellen används för att simulera effekterna av naturliga och antropogena störningar på olika ekosystemsindikatorer, inklusive indikatorer för markvattenkvalitet. Studierna visar att näringsämnesurlakning nedanför rotzonen är positivt relaterad till näringsämnestillgänglighet på platsen, markstörningar samt mängden organiskt material som lämnats kvar efter avverkning eller storm. Båda störningstyperna leder till en tillfällig ökning av surhetsgraden i markvattnet men långsiktiga effekter förutsågs inte av modellen. Jämfört med avverkning kan det förekomma en ökad frigörelse av näringsämnen i markvattnet efter stormar på grund av rotryckning som orsakar ökad mineralisering, en större mängd biomassa som lämnas kvar på plats på grund av tekniska och ekonomiska begränsningar samt större öppningar i krontaket. Dessutom kan havssaltsepisoder öka surhetsgraden av markvattnet de första åren efter stormen. När man beaktar andra ekosystemstjänster kan det behövas avvägningar mellan minskningen av näringsämnesbelastning i markvattnet och kollagring i skogen.
De slutsatser som kan dras från användningen av ForSAFE på skogsbeståndsnivå gäller för markvattenkemi i den omättade zonen. I denna avhandling har modellsimuleringarna utvecklats från beståndsnivå till sluttningsnivå, för att förstå hur skogsekosystem kan påverka kemin i små vattendrag. Ett nytt hydrologiskt koncept har integrerats i ForSAFE-2D, som simulerar tvådimensionella flöden av vatten och kemiska ämnen från skogen till vattendraget.
ForSAFE-2D möjliggör en bättre representation av fukthalten genom att simulera en ökad vattenmättnadsnivå i djupare jordskikt och närmre vattendragen. Den simulerade transporten av ett spårämne utmed sluttningen visar att modellen är kapabel att fastställa den genomsnittliga koncentrationen av spårämnet i vattendraget. Denna förmåga är baserad på en korrekt beskrivning av det långsiktiga genomsnittliga flödet och spårämneskoncentrationen i markvattnet.
Resultaten belyser också några frågor som bör behandlas i uppföljningsstudier. Uppdelningen av vatten mellan basflöde och maximalt flöde antyder att simuleringen av flödesvägar i ForSAFE-2D bör utvärderas på nytt. En korrekt beskrivning av flödesvägar kommer att vara nödvändig vid simulering av transporten av grundämnen och föreningar som ändrar koncentration beroende på djup eller avstånd från vattendrag (t.ex. löst organiskt material). Dessutom visar effekterna av mättnad på vittring såväl som på nedbrytning att reglering av dessa processer vid ökande fukthalt bör uppdateras. Slutligen bör processen som reglerar allokeringen av kol och näringsämnen till blad/barr ses över för att öka andelen blad/barr i trädbiomassan, och därmed korrigera simuleringen av evapotranspiration.
Bidragets översatta titel Modellering av näringstransport från skogsekosystem till ytvatten
Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
  • Institutionen för naturgeografi och ekosystemvetenskap
Handledare
  • Akselsson, Cecilia, handledare
  • Belyazid, Salim, handledare
Tilldelningsdatum2016 dec. 15
UtgivningsortLund, Sweden
Förlag
ISBN (tryckt)978-91-85793-67-9
ISBN (elektroniskt)978-91-85793-68-6
StatusPublished - 2016 nov.

Bibliografisk information

Defence details
Date: 2016-12-15
Time: 10:00
Place: Geocentre II, lecture hall “Pangea”, Sölvegatan 12, Lund
External reviewer(s)
Name: Fölster, Jens
Title: Dr.
Affiliation: Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Uppsala
---

Ämnesklassifikation (UKÄ)

  • Miljövetenskap

Fingeravtryck

Utforska forskningsämnen för ”Modellering av näringstransport från skogsekosystem till ytvatten: The model ForSAFE-2D”. Tillsammans bildar de ett unikt fingeravtryck.

Citera det här