EN JÄMFÖRANDE STUDIE AV GRUNT GRUNDVATTEN I · PDF fileEARTH SCIENCES CENTRE...

EARTH SCIENCES CENTREGÖTEBORG UNIVERSITYB146 1998

EN JÄMFÖRANDE STUDIE AV GRUNTGRUNDVATTEN I SKOG OCH HYGGE

Per Jonsson

Department of Physical GeographyGÖTEBORG 1998

GÖTEBORGS UNIVERSITETInstitutionen för geovetenskaperNaturgeografiGeovetarcentrum

EN JÄMFÖRANDE STUDIE AV GRUNTGRUNDVATTEN I SKOG OCH HYGGE

Per Jonsson

ISSN 1400-3821 B146 Projketarabete

Göteborg 1998

Postadress Besöksadress Telefo Telfax Earth SciencesCentre Geovetarcentrum Geovetarcentrum 031-773 19 51 031-773 19 86 Göteborg UniversityS-405 30 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-405 30 Göteborg

SWEDEN

En jämförande studie av grunt grundvatten i skog och hygge__________________________________________________________________________________

i

SummaryThe effect on ground water levels after clearing a small area of spruce forest has been investigatedoutside the village of Dingle in western Sweden. The investigation was carried out during six monthsthrough a comparison of ground water levels between a cleared area and an adjacent forested area.The comparison is possible since the only difference between the two areas is the vegetation. It hasbeen shown that soil cover, depth to impermeable layers and, most important, the precipitation arethe same in both areas. Such a comparison allows to make a distinction between a natural groundwater condition of a forest and the conditions of a modified surface, in this case a clearcut area. Thepurpose of this paper is thus to investigate the magnitude of the raised ground water in a clearcutarea and also to investigate what influence the raised ground water may have on the cleared surface.Piezometers were used to measure depth to the ground water table in different parts of a hillslopeincluding both the forested and the cleared areas.

The ground water table in the cleared area showed a marked decrese in depth compared to that inthe forest; this is most obvious in the lower parts of the clearance where the ground water tablealways reached the ground surface during the period. This is the result of eliminated interception ofprecipitation and transpiration in the cleared surface. Both of these parameters have been detected inthe forest.

The raising of the ground water levels is a threat to young plants which may suffer from suffocation ifthe ground water content exceeds 90% of the void volume. Other negative effects associated withclearfelling are disadvantageous micro climate when the trees acting as radiation shields are removedand some loss of nutrients is also to be expected.

The raised ground water levels may however influence these negative effects. It has been shown thatsoft rush (Juncus effúsus) prospers in the wet parts of the clearance and its presence decreases thenitrate (NO3

-) concentrations through denitrification. High concentrations of nitrate were found in thecleared area´s ground water but could not be traced in the small stream which drains the area. Thiseffect has partly been assigned to the presence of soft rush.

It has also been shown that while the ground water table is at the surface it excerts a warminginfluence on the ground surface and probably also on the immediate atmosphere above. This is madepossible through the high heat capacity and heat conductivity of the present water at the surface. Thisprocess may then act as frost protection for plants.

It seems therefore that while the obvious raising of the ground water levels is very disadvantageous, ithelps to create opportunities for a stable environment until a new cover of vegetation is establishedwhich will then keep ground water levels low through interception and transpiration.


ii

SammanfattningEffekter på grundvattenståndet efter kalhuggning har undersökts utanför Dingle i Bohuslän under sexmånader. Undersökningen gjordes genom att jämföra ett litet kalhygge med ett angränsandeskogsparti. Jämförelsen är möjlig genom att det enda som skiljer de två områdena åt är vegetationen;det har visats att jordart och djup till impermeabla lager är homogent inom undersökningsområdet.Eftersom området är litet har även nederbörden varit densamma både i skogen och på hygget. Undersådana förutsättningar är det möjligt att avgöra vad som är ett naturligt grundvattenstånd samt hurdetta förändras vid avverkning. Syftet med denna uppsats är därför att utröna hur kalhuggningpåverkar grundvattenståndet samt vad det förändrade grundvattenståndet har för effekter i sin tur,främst med avseende på lokal- och mikroklimat. För att bestämma djup till grundvattenytan användesobservationsrör som sattes ut i olika delar av en sluttning som innefattar både hygget ochskogspartiet.

Grundvattenytan på kalhygget uppvisar en markant höjning i jämförelse med skogen. Detta är särskiltuppenbart i de lägre partierna där grundvattenytan under hela undersökningsperioden befanns imarkytan. Det har visats att orsaken till detta är utebliven interception av nederbörd ochtranspiration.

Själva problemet med grundvattenhöjning i samband med kalhuggning är att trädplantor kan kvävasom markvattnet upptar mer än 90% av porvolymen. Dessutom utsätts kalhyggen för försämratmikroklimat då trädens skärmverkan elimineras med stor frostrisk som följd. Ett visst näringsläckagekan också väntas efter avverkning.

Höjt grundvatten kan dock i sin tur påverka dessa negativa effekter. Det har visats att veketåg(Juncus effúsus) frodas i den nya, våtare miljön. Då denna växt är närvarande förbrukas nitrat (NO3

-

) genom denitrifikation. Höga nitratkoncentrationer uppmättes i det ytliga grundvattnet på hygget menkunde inte spåras i den bäck som dränerar området. Denna effekt tillskrivs till viss del förekomsten avveketåg.

Det har också visats att när grundvattenytan finns i markytan utövar det en värmande effekt på ytanoch förmodligen även på atmosfären precis ovan mark. Detta är möjligt genom vattnets högavärmekapacitet och värmeledningsförmåga som leder värme till markytan. Denna process verkar medstor sannolikhet som frosthämmande.

Det finns därför anledning att misstänka att trots att det grundliga ytvattnet är ofördelaktigt,medverkar det till att skapa möjligheter för en stabil miljö tills ett nytt växttäcke etablerats. Då dettaväl har etablerats kommer grundvattenståndet att hållas lågt genom interception och transpiration.


iii

FörordMöjliggörandet av detta arbete har varit beroende av en stor mängd individer. Handledning ochviktiga synpunkter har tacksamt mottagits av universitetslektor Björn Holmer och goda råd haruniversitetslektor Margit Werner bidragit med. Tillstånd att arbeta på mark nyligen förvärvad avGöteborgs stift gavs vänligen av Anders Nylén. Vidare visade ett sommarboende par i närheten avområdet förståelse och dessutom intresse när författaren kom rusande i tid och otid. Vid ettkarteringstillfälle kom Linus Theorin till undsättning och denna hjälp uppskattades mycket. Under etttelefonsamtal gav universitetslektor Per Wedel mycket viktig information gällande praktiska detaljersom arbetet var beroende av. Även universitetslektorer Bengt Johansson och Jon Norin har bidragitmed muntlig information.

Utan hjälp av Ingrid och Hasse Jonsson hade dock arbetet inte varit genomförbart. Verktyg från bådegarage och hushåll har kommit till användning vid tillverkning av olika konstruktioner som det funnitsbehov av under arbetets gång. Möjlighet till lån av fordon har också varit avgörande för arbetet.Slutligen tackas Fredrik Lindberg och Ulrik Restorp för hjälp med praktiska detaljer.

Detta 10-poängsarbete ingår som ett obligatoriskt moment i C-kurs Geografi vid Göteborgsuniversitet som studerades på halvfart. Detta möjliggjorde att undersökningen kunde företas under enlängre tidsperiod än vad som vanligen är möjligt.


iv

Innehållsförteckning

Inledning 1

Tidigare beskrivningar av kalhyggeseffekter 1

Grundvattenhöjning efter kalhuggning 1Förändrade näringsförhållanden på kalhyggen 2Ogynnsamt lokal- och mikroklimat vid avverkning 3

Syfte och frågeställningar 3

Metodik 4

Val av område 4

Undersökningsmetodik 4

Tillverkning och placering av observationsrör 5

Temperaturgradienter i grundvatten 6

Nitratkoncentrationer i grund- och bäckvatten 6

Veketågs utbredning 6

Undersökningsområdet 7

Undersökningsområdets geologi 8

Vädret under perioden 9

Resultat 10

Grundvattenytans djupvariationer i skog och hygge 10

Regnets väg till marken 10Transpirationens roll 10Grundvattenbildning i skog och kalhygge 11

Veketåg som indikator på djup till grundvattenyta? 13

Nitratkoncentrationer i grund- och bäckvatten 14

Temperaturgradienter i grundvatten - förhindrar ytligt grundvatten frost? 14

Nederbörd och samtliga avläsningar i referenspunkt 15

Diskussion 16

Slutsatser 19

Referenser 20

En jämförande studie av grunt grundvatten i skog och hygge______________________________________________________________________________________

____

1

InledningAtt skogsbruk är en av Sveriges huvudnäringar är väl känt, liksom att kalavverkning lämnar sår inaturen efter sig. Förutom estetiska betänkligheter finns dock andra faktorer som förändras vidavverkning. Vissa av dessa, såsom höjda grundvattennivåer och förändrat lokal- och mikroklimat, kanvara ogynnsamma för efterkommande återväxt. Det som är av intresse för detta arbete är storlekenav grundvattenhöjningen i hygget samt hur denna förändring styr efterföljande vegetation, läckage avnäringsämnen samt lokal- och mikroklimatet. Hur dessa effekter uppenbaras har studerats genom enjämförelse av ett hygge med ett angränsande skogsparti. Jämförelsen är möjlig genom att det bara ärvegetationen som skiljer mellan skogen respektive hygget och effekter av trädens bortförande kandärmed isoleras.

Tidigare beskrivningar av kalhyggeseffekter

Skogsbruket i Sverige är ofta under debatt av olika orsaker. Allmänhetens och samhällets ökademiljömedvetande under 70-talet ifrågasatte de stora kalhyggena. Utredningar tillsattes om de störrekalhyggenas vara eller inte vara med resultatet att det infördes anmälningsplikt före slutavverkningaröver ett halvt hektar. De nya reglerna gav mindre hyggen och kalhyggesdebatten upphörde (Elmberget al. 1992, s. 72). En regel då det gäller hyggesstorlek är att sammanhängande kalytor inte bör varastörre än vad som är nödvändigt av biologiska och ekonomiska skäl (Bergman 1991, s. 29). Trotsatt debatten om hyggesstorlek är avslutad finns det effekter även av små kalhyggen vilket detta arbetebehandlar.

När ett bestånd slutavverkas och marken kalläggs ändras förutsättningarna för ett nytt bestånd attfortplantas. Vind och temperatur i de marknära skikten förändras, liksom markvattenhalt ochgrundvattenståndet. I kuperad terräng är risken stor att både kalluft och vatten ansamlas i svackorvilket är ogynnsamt ur tillväxtsynpunkt. Denna effekt ökar med hyggesstorlek, vilket är orsaken till attsmå hyggen är eftersträvansvärda (Bergman 1991, s. 29).

Grundvattenhöjning efter kalhuggning

Efter avverkning höjs grundvattenståndet av två orsaker; dels uteblir trädens interception avnederbörd och dels uteblir trädens vattenförbrukning genom transpiration (Selby 1993, s. 278).Skogsmark hindras därför från att mättas på vatten. Under början av ett nederbördstillfälleintercepteras nederbörden av den torra vegetationen. Senare kommer intercepterad nederbörd attfalla igenom kronan som dropp eller stamflöde då interceptionsmagasinet är fyllt. Kapaciteten på dettamagasin är 1-2 mm nederbörd för barrträd (Lockwood 1985, s. 196). Total interception avårsnederbörden är beroende av både nederbördsmängd och vegetationens art. För granskog itempererade områden uppgår detta tal till 30-34% (Lockwood 1985, s. 202).

Vegetationens transpiration och upptagning av markvatten är förutom interception en viktigvattenförlust i skogen som förloras vid avverkning och det är medelålders skog som konsumerar mestvatten (Lundin 1995, s. 80). I den stunden ett träd fälls slutar det förbruka markvatten, medresultatet att grundvattenståndet kan höjas. Hur stor transpirationen är i ett bestånd styrs avklimatologiska faktorer som luftfuktighet och solinstrålning. En barrskog transpirerar efter detångtrycksunderskott som råder i atmosfären och mindre efter solinstrålning. Vid storaångtrycksunderskott, t. ex. under en varm och torr sommarvecka, ökar klyvöppningsmotståndet ochtranspirationen avtar. Ångtrycksunderskottet i atmosfären ökar då ytterligare med en fortsatt låg


____

2

transpiration som följd. En granskog kan därför hushålla med vatten under perioder av torka medanavkall görs på tillväxten (Lindroth 1995, s. 89).Utebliven interception och transpiration leder således till höjt grundvattenstånd. Grundvattenytandefinieras som den nivå i en geologisk bildning där samtliga porer är vattenfyllda. Beroende på jordartvarierar storleken på höjningen. Ett grovt välsorterat material med stor porvolym kräver mycketvatten för en grundvattenhöjning, medan en osorterad jordart som morän kräver en liten mängd föratt mätta den relativt lilla andelen porer och därmed höja grundvattenytan (Grip och Rodhe 1994, s.66). Grundvattenståndets djupvariationer under ett år är därför också större i morän än i andrajordarter. För att grundvattenbildning ska ske krävs det att fältkapacitet byggs upp i den omättadezonen ovan grundvattenytan. Under torra perioder krävs ett stort vattentillskott för att bildagrundvatten då markvattenhalten är låg. Vid nederbörd under sådana tillfällen byggs fältkapacitet baraupp där jordlagrets mäktighet mellan markyta och grundvattenyta är litet. Fasförskjutning mellannederbörd och grundvattenbildning kan därför bara vara någon timme i morän med ytligt grundvattentill månader och år i mäktiga avlagringar (Knutsson och Morfeldt 1993, s. 46).

Själva problemet med grundvattenhöjning på kalhyggen är att plantors rötter kräver syre. Finnsgrundvattenytan inom rotzonen föreligger risk för syrebrist då lufthalten i marken bör vara 10% för attväxtens normala andning skall upprätthållas (Grip och Rodhe 1994, s. 124). Vid plantering av granhamnar plantans rötter på ett djup av ca 20-30 cm. Grundvattenhöjning i lågt liggande partier kanvara ett problem men längre upp i en sluttning kan ökad markvattenhalt vara gynnsam för återväxten,särskilt om området varit torrt före avverkningen (Lundin 1979, s. 25). Det nya grundvattenståndetsom infinner sig efter avverkningen består i 3-5 år. Det dröjer dock 10 år innan den ursprungligagrundvattennivån åter nås, förutsatt att ny skog växt upp (Lundin 1995, s. 80).

Förändrade näringsförhållanden på kalhyggen

Förutom att grundvattnet höjs påverkas det också av förändradenäringsförhållanden. Ökad urlakning av näring till grundvattnet, främstkväve, sker efter kalhuggning. På ett hygge är marktemperaturen högre äni skog sommartid vilket gynnar nedbrytning av kvistar och barr. Innanannan vegetation etablerats finns det få rötter som kan tillgodogöra signäringen (Grip och Rodhe 1994, s. 126). Wiklander (1974) harundersökt nitrathalter i grundvatten efter kalhuggning. Faktorer somnederbörd, grundvattnets djup, markens bördighet samt hyggets ålderspelar in på hur stor urlakningen blir. Ofta kunde förhöjda halter av nitrat(NO3

-) spåras i bäckar som dränerar kalhyggen. Viss vegetation somväxer upp efter avverkning kan dock besitta egenskaper som förbrukarkväve. Veketåg (Juncus effúsus) är en växt som trivs i våta miljöer såsomdiken och försumpade ängar (Nordin 1997, s. 32). Då växtens rötterbefinner sig under vatten i syrefri miljö sker denitrifikation av nitrat tillkvävgas som tillförs atmosfären (Reddy et al. 1989).

Ogynnsamt lokal- och mikroklimat vid avverkning

Det beskrevs ovan att marktemperaturen sommartid är högre på hygge äni skog. Detta beror på att trädens skärmverkan eliminerats och solinstrålning passerar obehindrat tillmarkytan. Även långvågig värmestrålning från markytan kan passera obehindrat till atmosfären avsamma orsak. Denna effekt är störst under klara, lugna nätter (Oke 1996, s. 237).

Fig 1. Veketåg (Juncus effúsus).Källa: Nordin 1997, s. 33.

Soft rush (Juncus effúsus).


____

3

Effektiv värmeutstrålning kan då leda till att ett kalhygge blir utsatt för frost vilket plantor kan ta skadaav. Granens årsskott blir frostkänsliga så snart barr sticker fram ur den öppnade knoppen. Områdendär frostnätter förekommer under vegetationsperioden är alltså inte lämplig som planteringsmark(Bergman 1991, s. 24).

Mikroklimatet förändras alltså vid kalhuggning. Men ökad markvattenhalt påverkar mikroklimatet i sintur. Med ökande markvattenhalt ökar också värmekapacitet och värmeledningsförmåga.Värmekapacitet är ett mått på hur mycket energi det krävs för att värma en viss volym av ett materialett visst antal grader. Då markvattenhalt ökar byts luft i porvolymen mot motsvarande andel vattenoch värmecapaciteten ökar. Värmeledningsförmåga ökar på liknande sätt med markvattenhalt (Oke1996, s. 43). Under varma perioder lagras därför värme i markvattnet, flödet av värme är riktat ner imarken. Under kallare perioder är vattnet varmare än atmosfären som resultat av den högavärmekapaciteten och värmeflödet blir riktat från markytan till atmosfären. Dessutom leds jordvärmetill markytan genom det nu effektivt värmeledande materialet. Dessa processer verkarfrosthämmande på markytan och ger termalt sett en stabilare miljö (Oke 1996, s. 238).

Syfte och frågeställningar

Syftet med detta arbete är att avgöra vad ett ingrepp som kalavverkning har för effekt pågrundvattennivåer i hygge samt vad ett förändrat grundvattenstånd har för effekter i sin tur, främst medavseende på lokal- och mikroklimat. Vidare är syftet att ge en uppfattning om hur samspelet mellanatmosfär, vegetation, mark och grundvatten förändras vid kalhuggning genom studier av grundvatten iskog och hygge.

Ur detta föds ett antal frågeställningar:

Hur förändras grundvattenståndet i ett kalhygge i jämförelse med skog? Hur stora är dessa förändringar?

Går det genom enkel metodik att avgöra djup till ytligt grundvatten med hjälp av vegetation?

Hur skiljer sig nitratinnehållet i grundvatten mellan skog respektive hygge? Sker detnäringsläckage från hygget?

Verkar ytligt grundvatten frosthämmande?


____

4

Metodik

Val av område

Områdets lämplighet för denna typ av undersökning är vital och undersöktes därför med omsorginnan vidare ansatser företogs. Några kriterier sattes upp i förväg:

Området skall innefatta en sluttning med en skarp gräns mellan skog och kalhygge somlöper vinkelrätt mot höjkurvorna.

Det enda som skall skilja mellan skog och kalhygge inom detta område är vegetationen vilket innebär att lutning, jordart och annan beskaffenhet är homogen.

Berghällar undviks i största möjliga utsträckning då vattenföring i spricksystem kan påverka resultat.

Området bör vara lätt tillgängligt för snabba avläsningar då så krävs.

Ett område som uppfyllde dessa kriterier hittades öster om Dingle i mellersta Bohuslän (figur 2). Enberghäll fanns längst upp i sluttningen, men denna nackdel uppvägdes av att området i övrigt varlämpligt för undersökningarna.

Undersökningsmetodik

Arbetet påbörjades i månadsskiftet juni/juli 1997 och den sista inhämtningen av data gjordes undersista veckan av 1997. Under sommarperioden, vilket innefattar hela juli och augusti, gjordesavläsningar av grundvattenytans djup främst efter nederbörd. Kontinuerliga avläsningar underförmiddag och kväll utfördes då det var möjligt. Exakta tidpunkter för avläsningar redovisas inte i detsammanhanget men förmiddagsavläsningar utfördes ungefär mellan 10.00-11.00 ochkvällssavläsningar mellan 19.00-20.00. Under höst och vinter var besöken sparsammare; avläsningarutfördes med veckors mellanrum. Under sommarperioden gjordes enbart avläsningar avgrundvattenytans djup. För att avgöra detta djup krävs observationsrör. Observationsrör fungerarsom små brunnar där grundvattenytan inställer sig i samma höjd som i den omkringvarande jordarten.Nivån i observationsrören följer de variationer som marken i övrigt upplever och det är dessavariationer som är intressanta för detta arbete.

Tabell 2 visar arbetets omfattning där datum för samtliga eftermiddagsavläsningar redovisastillammans med grundvattenytans djup i en referenspunkt (observationsrör 3, figur 3). Tabell 2medger också jämförelse av grundvattenytans djup i denna punkt med den nederbörd som föll underperioden.

Under hösten och vintern utökades undersökningen till att omfatta nitratkoncentrationer ochtemperaturgradienter i grundvattnet. Veketågs utbredning och täthet karterades vid ett tillfälle idecember. De data som senare presenteras är tagna från tidpunkter då djupet till grundvattenytankunde avläsas i både skog och hygge. Mycket av det inhämtade datamaterialet rör bara


____

5

grundvattenståndet i hygget, men då det är jämförelsen mellan skog och hygge som är intressant fördetta arbete redovisas ej dessa resultat.Under sommarperioden mättes även nederbörd. Fyra regnmätare utplacerades inomundersökningsområdet (figur 3). På kalhygget placerades två regnmätare för större noggrannhet; en påen stubbe ca 40 cm över markytan och en andra på en påle, drygt en meter ovan mark. I skogenplacerades en mätare omedelbart under en gran i markplanet, och en andra på en påle mellan engrupp granar. Medelvärdet av regnmängder registrerade av de två mätarna i skogen ger ett mått påskogens interception vid olika regnmängder, om än mycket grovt. Av regnmätarna på hyggetanvändes de högsta mätvärdena vid beräkning av interceptionen eftersom regnmätare ofta visar förlite nederbörd beroende bland annat på vindavlänkning av nederbörd, vidhäftningsfel och avdunstning(Knutsson och Morfeldt 1993, s. 25). Interceptionen i procent fås genom

Interception=((regnmängd på hygge-medelregnmängd i skog)/regnmängd på hygge)*100

De interceptionstal som senare redovisas är från nederbördstillfällen då avläsning gjorts omgåendeefter regnens slut vilket torde minimera avdunstningsfelet.

Kornstorleksanalys av jordprover hämtade från 50 cm djup genomfördes med torrsiktning samtpipettanalys enligt standardmetod.

Tillverkning och placering av observationsrör

Då ett område utsetts påbörjades installationen av observationsrören i vilka grundvatten-nivåerna kanavläsas. För att få ner observationsrören i marken användes ett jordborr med en diameter av 125mm. Detta borr tjänade för övrigt som en förlängd markundersökningskäpp då man kan nå djup påflera meter. Sammanlagt sex observationsrör sattes ut varav fyra i en linje från skogen ut till kalhygget(figur 3). De två andra installerades längre ner i sluttningen. Detta gjordes för att få en jämförelsemellan de mer kritiska delarna av området, nämligen där vatten kan bli stående.

Observationsrören egentillverkades av plaströr med två tums diameter som sedan slitsades medvinkelslip för att låta grundvattnet passera igenom det. I bottenänden av rören sattes träplugg med hål iför att undvika att vatten blir stående i rörbottnen. Likaså placerades en träplugg i rörens överändamed hål i för att eliminera löv- och insektsnedfall. Rören fördes sedan ner i de borrade hålen. Djupetsom rören drevs ner till styrs av det spann av djup grundvattenytan förmodas inställas mellan. I dettafall begränsades grundvattenytans djup av ett lerlager. Utrymmet mellan röret och borrhålet lades igenmed det material som borrats upp, och grundvattenytan kunde inställas i röret. Slutligen märktessamtliga rör med en bågfil så att avläsning alltid kunde ske mot samma punkt på rören. Vidare skeddeavläsning med hjälp av tumstock som belystes av en ficklampa. Då mätstickan når grundvattnetbuktas vattenytan och ett mått på grundvattenytans läge från rörets överände erhålls med godprecision. De resultat som senare redovisas är grundvattenytans djup under markytan. Installation avgrundvattenrören gjordes efter rådfrågning med Wedel (muntlig).

Utifrån värden från observationsrör 2 och 5 (skog) samt 3 och 6 (hygge) ritades vertikaler avgrundvattenytans läge vid olika datum (figur 9 och 10). Dessa konstruerades genom att dra en rätlinje mellan de uppmätta grundvattennivåerna i skog respektive hygge. Ett mått på grundvattenytansdjup fås då mellan de punkterna med känt djup vilka kan anses vara rimliga (Johansson, muntlig).Denna konstruktion bygger på antagandet att jordarten inom berört område uppvisar små variationer i


____

6

storlek och sortering vilket är fallet (figur 4). Höjdprofiler ritades utifrån en karta tillverkad medavvägningsinstrument där även aktuella observationsrör finns utsatta. Skalan i vertikalled äröverdriven på dessa höjdprofiler för att påvisa skillnader mellan skog och hygge. Ur de konstrueradefigurerna kan grundvattenytans lutning beräknas. Om lutning och mättad hydralisk konduktivitet ärkänd kan grundvattenflödet genom ett tvärsnitt beräknas genom Darcys lag:

Q K Adhdx

= − × × (1)

där Q är flödet genom ett tvärsnitt (m3/s), K är den mättade konduktiviteten (m/s), A ärtvärsnittsarean (m2), och dh/dx är grundvattenytans lutning (m/m) (Grip och Rodhe 1994, s. 39).

Temperaturgradienter i grundvatten

För att utreda på vilket sätt ytligt grundvatten påverkar temperaturklimatet nära markytan undersöktestemperaturgradienter i samtliga observationsrör. En temperaturgradient uttrycker i detta falltemperaturskillnaden per meter vattenpelare. Detta gjordes vid tre tillfällen mellan 22/12-25/12, isamtliga fall under förmiddagen. Vid undersökningarna användes en digital termometer med ca 3 msladd. Temperaturen mättes vid två punkter, dels tre centimeter under grundvattenytan och dels påmaximalt djup. Avståndet mellan mätpunkterna registrerades med blyertsstreck på det smala rörgivaren var fäst vid. Vid varje mätpunkt tilläts temperaturgivaren acklimatisera sig under tre minuterinnan avläsning gjordes. Givaren fördes försiktigt ner till det maximala djupet för att förhindraomblandning. Temperaturgradienten för varje observationsrör kan då beräknas genom kvoten avtemperaturskillnaden mellan de två djupen samt avståndet mellan de två djupen.

Nitratkoncentrationer i grund- och bäckvatten

För att ta upp grundvattenprover användes ett långt, smalt rör med med en behållare i änden somfördes ner i observationsrören. Från undersökningsområdet löper ett litet dike som senare övergår tillen mindre bäck. Utmed en 300 m lång sträckning av denna bäck togs 5 prover för att undersökahuruvida närsalter från kalhygget påverkat bäckvattnet eller inte.

Nitratanalyserna gjordes dels den 28/9 då det varit uppehåll i närmare två veckor, dels den 19/10 dådet strax innan föll 15 mm regn. Grundvattennivåerna i området var höga vid det senare tillfället.Under ett sådant tillfälle perkolerar vattnet bara en liten bit genom marken innan flödet riktas nedåtsluttningen. Närsalter i markytan absorberas då bara till en del, resten försvinner med vattnet tillnärmsta vattendrag.Vattenproverna filtrerades och analyserades sedan med spektrofotometri,Mercks metod 53. Vid båda tillfällena skedde analys dagen efter provtagningen och provernaförvarades svalt för att förhindra reaktioner som ger lägre nitrathalter vid analys. Vid analysengjordes två blankprov och det som visade högst värde användes då detta är behäftat med minst fel,dvs det blankprov som är minst förorenat.

Veketågs utbredning

Utbredning av veketåg (Juncus effúsus) på hygget karterades genom stegning. Växtens relativa täthetbedömdes som tät eller gles och gränserna mellan dessa klasser sattes ut på en karta över området.Resultatet ritades på höjdprofilen över kalhygget vilket medger jämförelse av utbredning och täthet avveketåg med grundvattenytans djup vid olika tidpunkter. Orsaken till att just veketåg användes tilldetta ändamål är att växten för det första fanns på hygget vid denna tidpunkt, för det andra var denvarierande tätheten uppenbar.


____

7

UndersökningsområdetOmrådet som studerats är beläget i mellersta Bohuslän öster om samhället Dingle (figur 2).Sprickdalslandskapet är brutet vilket inte tillåter större sammanhängande skogsarealer och hyggen ärdärför relativt små. Undersökningsområdet ligger på 110 m höjd och därmed under högsta kustlinjensom här är drygt 150 meter över havet (Ericsson et al. 1978, s. 60).

Området är beläget på en sluttning som lutar mot sydost med en lutning av ca 0,05. Sluttningen är ettavbrott i den i övrigt kulliga terrängen då det finns berghällar i så gott som alla riktningar inom 100meters radie av undersökningsområdet. Utmed hela denna sluttning har det varit skog fram tillsenhösten 1996 då ungefär 0,5 hektar avverkades. Hyggesgränsen sammanfaller med en gärdesgårdsom löper vinkelrätt mot höjdkurvorna (figur 3). På andra sidan gärdesgården finns planterad skogsom har en ålder av ca 30-40 år. Beståndet är väl gallrat och ger ett jämt och välmående intryck.Hygget är ännu ej återplanterat efter avverkningen.

Hygget i övrigt har en jämn fördelning av stubbar vilket innebär att det funnits produktiv skog i helaområdet. Från undersökningsområdet löper en mindre bäck som i figur 2 är markerad med enstreckad linje.

Fig 2. Undersökningsområdets belägenhet i Bohuslän. Höjdkurvor visar höjd över havet med 25 meters intervalloch vitt område indikerar tätbebyggelse. Källa: Världen i kartor (1987) samt gröna kartan, Vänersborg 8B NV(1993).

The location of the investigated area in Bohuslän, western Sweden, with contour lines showing height over sealevel with 25 meters interval. White field indicates densely populated area.


____

8

Undersökningsområdets geologi

Undersökningsområdet visas i figur 3. Två jordarter inom detta område är av intresse. Utmedsluttningen i både skog och hygge finns ett täcke av svallgrus som förmodligen är svallad från högreliggande partier (Johansson, muntlig). Detta lager minskar i mäktighet nerför sluttningen. Jordprovertagna på olika delar av sluttningen visade sig ha relativt lika storlek och sortering (figur 4). Dettagrova material är utsvallat över en lera och som leror i allmänhet har den mycket låg permeabilitet.Djupet till leran är ca 1,5 m i de övre delarna av sluttnigen och knappt 0,5 m i de lägsta partierna.

Fig 3. Undersökningsområdet med de sex observationsrören utsatta (1-6), samt lokaler för hämtning avjordprover(A-D). Kvadrater indikerar regnmätarnas placering. Streckad linje avser gräns mellan skog och hygge. Relativhöjdskillnad är utsatt i högerkant. Karta tillverkad av Jonsson och Theorin med avvägningsinstrument 970806.

The investigated area in detail showing the locations of the piezometers (1-6) and locations for soil sampling (A-D). Squares indicate the placement of the pluviometers. Dashed line is the forest-clearance border. Relative heightdifferenceis marked to the right. Map constructed by Jonsson and Theorin 970806 using a theodolite.

Vidare skiljer sig djupet till lerlagret något mellan skog och hygge på samma nivå i sluttningen; i punkt2 är djupet 115 cm, och i punkt 3 är djupet 100 cm. I både punkt 5 och 6 finns lerlagret på 65 cmdjup, men punkt 6 är belägen längre upp i sluttningen. Därmed kan man sluta sig till att markytan lutarmot sydost, medan lerlagret har en något större västlig komponent i sin lutning. Det är i skiktet medsvallat material grundvatten bildas och där det har studerats. Lerlagret hindrar vidare perkolationmed dess låga permeabilitet.


____

9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-4-3-2-101234456789Kornstorlek (phi)

Vik

tpro

ce

nt,

ku

mu

lati

vt

A

B

C

D

Fig 4. Kornstorleksfördelning av det svallade materialet vid fyra punkter i sluttningen, angivna i phi (φφ).φφ = -2 är gräns mellan grus och sand, φφ ≈≈ 2,5 är gräns mellan sand och silt och φφ ≤≤ 9 är ler.

Grain size distribution of the soil at four points of the hillslope given in phi (φ). φ = -2 is the limit betweengravel and sand, φ ≈ 2,5 is the sand/silt limit and φ ≤ 9 is clay.

Svallgrusets hydrogeologiska egenskaper kan sammanfattas med att jordarten når vattenmättnad vidrelativt små vattentillskott då vattenhalten i den omättade zonen kan antas vara hög (Grip och Rodhe1994, s. 66). Berggrunden i området utgörs av gnejs. Det finns inga hällar inomundersökningsområdet, men förekommer längre ut i periferin. Sprickbildning i dessa kan med storsannolikhet vara vattenförande (Knutsson och Morfeldt 1993, s.13).

Vädret under perioden

Årsmedelnederbörden mellan 1944-1997 uppgår i Dingle till 868 mm/år. Under 1997 varårsnederbörden något högre, 873 mm. Under den tid undersökningar gjordes, från juni till årsskiftet1997/1998, föll 529 mm nederbörd (Forsberg 1998). Årsavrinningen i området är mellan 400-500mm/år (Knutsson och Morfeldt 1993, s. 27).

Sommaren 1997 var ovanligt varm, i synnerhet augusti månad. Första halvan av juni var helt torr, menunder midsommarhelgen och därefter var vädret ostadigt; 71 mm föll vilket är obetydligt mer änmedeltalet 67 mm för månaden. Juli inleddes med två regndagar, därefter var det uppehåll till den 24:e.Nederbörden som föll under nio dygn uppgick till 65 mm medan medelnederbörden för juli månad är73 mm. Max-temperaturen nådde i medeltal 23,3° C (Forsberg 1998).

Århundratets varmaste augustimånad i området startade som juli med några dagars regn.Temperaturen låg stadigt över 25° C under 19 dagar, dock ej i följd. Nederbörden under augustinådde 47 mm, långt under medeltalet på 82 mm. Undersökningar gjorda av SGU visade en måttligsänkning av grundvattnet under sommaren trots den extrema värmen (Forsberg 1998).Nederbördsdata dag för dag under juni månad fram till årsskiftet redovisas i tabell 2.


____

10

ResultatDe resultat som här presenteras har insamlats under 6 månader. De ger indikation om förhållandenaunder en viss tidpunkt och inga försök har gjorts för att intrapolera värden mellan mättillfällena. Förstbehandlas skillnader mellan grundvattenstånd i skog och hygge, sedan utbredning av ny vegetation påkalhygget och dess relation till grundvattendjupet. Därefter redovisas nitratkoncentrationer uppmätta igrund- och bäckvatten och slutligen det ytliga grundvattnets eventuella inverkan på mikroklimatet.

Grundvattenytans djupvariationer i skog och hygge

De resultat som här redovisas visar bakgrund och effekt av kalhuggning på grundvattenståndet ochkan sammanfattas med underrubrikerna Regnets väg till marken, Transpirationens roll som båda isin tur har stor inverkan på Grundvattenbildning i skog och hygge.

Regnets väg till marken

Som tidigare nämnts har regn registrerats under mätperioden, med störst noggrannhet undersommaren. Skillnaden mellan regnmätarnas registreringar på hygget och i skogen ger ett grovt mått påinterceptionen. Genom att plotta regnmängd mot den del som intercepteras kan det visas attregnmängd till viss del är styrande för hur mycket som intercepteras.

R2 = 0,69

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20

Regnmängd (mm)

Inte

rcep

tio

n (

%)

Fig 5. Interceptionens variation med regnmängd vid 12 nederbördstillfällen under sommaren 1997.

The variation of interception with rainfall amount during 12 occasions of precipitation in the summer of 1997.

Det framgår att små regnmängder helt intercepteras vilket beror på att interceptionsmagasinet inte fylls.Vid större regnmängder förmår trädkronorna inte hålla all nederbörd som istället når marken somdropp, stamflöde eller direkt genomfall. Det viktiga detta resultat visar är vegetationens förmåga atthindra en betydlig del av nederbörden att nå marken.

Transpirationens roll

Transpirationen är det andra viktiga sättet för skogen att hålla grundvattennivåerna på rimliga nivåer.Trädens inverkan på grundvattenytan i observationsrör 5 märktes särskilt väl 2/8-5/8 som redovisas ifigur 6. Lägg märke till hur vatten förbrukas under dagarna vilket sänker nivån, samt huromkringvarande grundvattenyta åter inställer sig under natten. I observationsrör 6 däremot sänksgrundvattenytan mer eller mindre konstant. Under den redovisade perioden sänktesgrundvattenståndet 10,2 cm i skogen och 5,1 cm på hygget.


____

11

0

10

20

30

40

50

60

2/8fm

2/8kv

3/8fm

3/8kv

4/8fm

4/8kv

5/8fm

5/8kv

TidpunktD

jup

un

de

r m

ark

yta

(c

m)

observationsrör 5observationsrör 6

Fig 6. Grundvattenytans variation i observationsrör 5 (skog) och 6 (hygge) under fyra dygn, augusti 1997.

The fluctuation of the ground water table in piezometer 5 (forest) and 6 (clearance) during four days in August1997.

Denna typ av variation upptäcktes enbart under denna period beroende på att under andramätperioder av samma längd föll regn vilket omöjliggör fluktuationens upptäckt.

Grundvattenbildning i skog och kalhygge

Med hjälp av ovan redovisade exempel på interception och transpiration kan man sluta sig till att mervatten finns tillgängligt i mark på ett kalhygge än i en skog efter ett regntillfälle då växttäckettranspirerar. Effekterna av detta visar sig tydligt på grundvattennivåerna i skog och kalhygge. Låt ossse hur grundvattnet reagerar på regn i skog och hygge, till en början i observationsrör 5 och 6 därlerlagret på båda lokalerna finns på 65 cm djup.

02468

101214161820

22/8

fm

22/8

kv

23/8

fm

23/8

kv

24/8

fm

24/8

kv

25/8

fm

25/8

kv

26/8

fm

26/8

kv

Tidpunkt

Re

gn

mä

ng

d (

mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

Dju

p u

nd

er

ma

rky

ta (

cm

)

Regnmängd (mm)

observarionsrör 5

observationsrör 6

Fig 7. Nederbörds påverkan på ytligt grundvatten i observationsrör 5 (skog) och i observationsrör 6 (hygge)under fem dygn, augusti 1997.

The influence of precipitation on the ground water table in piezometer 5 (forest) and 6 (clearance) during five daysin August 1997.

Det framgår tydligt att grundvattenytans läge i kalhygget svarar på nederbörd med en magnitud somvida överskrider densamma i skogen. Orsakerna till detta är främst att interceptionen gör att en stordel av nederbörden aldrig når marken samt att det vatten som trots allt når mark och perkolerar tillstor del förbrukas av växterna genom transpiration vilket har visats ovan. Notera även att nivån iobservationrör 6 inte underskrider 41 cm, vilket för övrigt är den lägsta avlästa nivå i denna punkt.


____

12

Grundvattenytans variation i skog är alltså ringa i jämförelse med densamma på hygget. Om samtligatre observationsrör på hygget granskas påvisas betydelsen av jordlagrets mäktighet.

02468

101214161820

25/8kv

26/8fm

26/8kv

27/8fm

27/8kv

28/8fm

Tidpunkt

Re

gn

mä

ng

d (

mm

)

0

20

40

60

80

100

120

Dju

p u

nd

er

ma

rky

ta (

cm

)

Regnmängd (mm)

observationsrör 3

observationsrör 4

observationsrör 6

Fig 8. Grundvattenytans variation vid fyra regntillfällen i kalhygge. Observationsrör 3 och 4är belägna där lerlagret ligger djupare än vid observationsrör 6.

The fluctuation of the ground water table at four occasions of rainfall in the clearance.

Vid mäktigare jordlager blir effekten av regn dämpade. Det viktiga är dock inte själva variationen,utan att det bildas grundvatten i hygget. Vid ungefärlig samma mäktighet i skog, dvs i observationsrör1 och 2, sågs ingen grundvattenbildning förrän långt in på hösten. Notera dock att nivåerna iobservationsrör 3 och 4 inte på något sätt är skadliga i detta skede.

Hur grundvattenytans läge varierar i skog respektive hygge under en längre period redovisas i figur 9och 10. Det framgår tydligt att det på hygget alltid finns grundvatten i dagen i de lägre partierna avsluttningen, dvs linjerna skär markytan. Notera att grundvattenytans lutning varierar mycket underperioden.

Fig 9. Grundvattenytans läge vid olika tidpunkter på hygge. Streckad linje avser markyta.

Depth to the ground water table at different points of time in the clearance. Dashed line is the ground surface.

I skogen däremot når aldrig grundvattenytan markytan (figur 10). Lutningen är inte alls lika variabelsom i hygget, utan höjning respektive sänkning av grundvattenytan sker på ett parallellt sätt. Notera


____

13

även hur det finns två huvudsakliga lägen på grundvattenytan vilket är särskilt uppenbart vidobservationsrör 5. Hoppet mellan dessa lägen sammanfaller med det hydrologiska nyåret som iområdet infaller i slutet av september. Notera även att maxima- och minimanivåerna i skog respektivehygge ej inträffar vid samma tidpunkt. Det som är mer intressant är det faktum att grundvattenytornaslutning vid de olika tidpunkterna är högre i skogen än på hygget. Medellutning på grundvattenytornavid de sju olika tillfällena är 0,02 m/m på hygget och 0,06 m/m i skogen. Enligt Darcys ekvation ärgrundvattenföringen proportionell mot grundvattenytans lutning.

Fig 10. Grundvattenytans variation vid olika tidpunkter i skog. Streckad linje avser markyta.

Depth to the ground water table at different points of time in the forest. Dashed line is the ground surface.

Veketåg som indikator på djup till grundvattenyta?

Av den vegetation som efterföljer avverkning är veketåg av särskilt intresse, en tågväxt som trivs ivåtare marker. Dess utbredning och täthet på hygget visas i figur 11. Notera att tätheten mellantuvorna här endast är relativ, vilket innebär att den enda urskiljningen som gjorts är den mellan tättoch glest bestånd.


____

14

Fig 11. Utbredning och relativ täthet av veketåg (Juncus effúsus) på hygget i december 1997.

Distribution and relative density of soft rush (Juncus effúsus) in the clearance in December 1997.

Det verkar finnas ett samband mellan markvattenhalt och förekomst av veketåg. Tydligast är detta enmeter nedanför observationsrör 6 där grundvattenytan är i marknivå under en stor del av året vilkethar givit en frodig förekomst av veketåg, åtminstone i relation till området ovan denna gräns. En andragräns av vikt uppenbarar sig också, nämligen den höjd på sluttningen där veketåg först förekommer.Ur figur 11 fås att grundvattenytans djup under denna gräns har varierat mellan ca 20-50 cm underde tillfällen avläsningar gjorts. Området mellan dessa två redovisade gränser verkar därför utgöra engränszon mellan den vattensjuka respektive den väldränerade delen av sluttningen.

Nitratkoncentrationer i grund- och bäckvatten

Tanken bakom denna mycket kortfattade undersökning var att få en uppfattning om näringsläckagetfrån hygget till grundvattnet och om detta eventuella läckage kan spåras i den bäck som dränerarområdet. Prover togs från observationsrör 5 och 6 samt längs en 300 m lång sträckning av bäcken.Vid ett tillfälle (29/9) var flödet i bäcken minimalt och vid ett andra tillfälle (19/10) var flödet attbetrakta som relativt stort.

Tabell 1. Nitratkoncentrationer i grund- och bäckvatten vid två tillfällen. Koncentrationer är givna i mg/l.

Concentrations of nitrate in ground and brook water at two occasions. Concentrations are given in mg/l.

Obsrör 5(skog)

Obsrör 6(hygge)

20 mnedströms

60 mnedströms

90 mnedströms

150 mnedströms

300 mnedströms

28/9 0 42 2 0 1 1 119/10 7 29 2 2 3 4 7

Metodens svaghet till trots kan tabell 1 ändå ge en indikation om näringsförhållanden i området.Notera särskilt de stora skillnaderna mellan vattnet i observationsrör 5 och 6 samt de relativt lågahalterna i bäckvattnet. Den 19/10 verkar nitrathalten öka nedströms i bäcken, eventuellt som ettresultat av bidrag från uppkomna biflöden.

Temperaturgradienter i grundvatten - förhindrar ytligt grundvatten frost?

Vid tre tillfällen undersöktes temperaturgradienten, dvs temperaturskillnaden per meter vattenpelare, ide sex observationsrören.

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6

Observationsrör #

Te

mp

era

turg

rad

ien

t (C

/m)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Me

de

ldju

p u

nd

er

ma

rky

ta (

m)

Temp.gradient 22/12Temp.gradient 23/12

Temp.gradient 25/12Medeldjup under markyta (m)


____

15

Fig 12. Temperaturgradienter i de sex observationsrören samt medeldjupet till grundvattenytan vid tremättillfällen.

Temperature gradients in the six piezometers and the average depth to the ground water table at three occasions.

I figur 12 visas temperaturgradienter i de sex observationsrören samt grundvattenytans djup undermarken. Här finns flera saker värda att notera. I observationsrör 1-5 visar grundvattenytans djup enrelation med temperaturgradienten, dvs större djup ger en mindre temperaturgradient. Effekter avkalhygget i observationsrör 3 och 4 kan inte skönjas.

I observationsrör 6 däremot där grundvattenytan nästan är i markytan existerar inte längre dettasamband som framgår av figur 12. Dessutom är temperturgradienterna här mycket lägre än iobservationsrör 5 trots att grundvattenytan i båda fallen kan betraktas som ytliga. Diskussionen kringdenna uppenbart stora skillnad i temperaturgradienter kommer att utgå ifrån att relationen mellangradienterna och djupet till grundvattenytan i observationsrör 1-5 är naturlig i jämförelse medobservationsrör 6. Notera skillnaden i grundvattenytans djup som är drygt 15 cm. Vidare är de högagradienterna uppmätta 25/12 resultat av ett varmare väder under julhelgen vilket smälte en del av densnö i ytan och sänkte temperaturen i grundvattenytan. Denna effekt blir som väntat större därgrundvattenytan är grunt belägen.

Nederbörd och samtliga grundvattenavläsningar i referenspunkt

I tabell 2 visas nederbörden och samtliga eftermiddagsavläsningar av grundvattenytans djup iobservationsrör 3 under perioden. Nederbörden visas i vänsterkant och grundvattenytans djup inomparantes till höger för respektive datum. Kryss indikerar djup utom mätintervallet.

Tabell 2. Nederbörd (mm) dag för dag i Dingle samt djup till grundvattenyta (cm) i observationsrör 3 under junitill årsskiftet 1997/1998.

Precipitation (mm) day by day in Dingle and depth to the ground water table (cm) in piezometer 3 from June toDecember 1997.

Dag Juni Juli Augusti September Oktober November December1 - 1,2 20,7

(86,2)- - -

(68,0)8,2

2 - 8,6 1,5(90,0)

- 24,3 0,7(69,0)

0,1

3 - - -(91,7)

5 - 0,5 4,0

4 - -(72,0)

-(92,8)

- 2,2 - -

5 - 0,1 0,2(94,1)

4,7 - - -

6 - - - 6,0 2,6 12,5 9,6(65,3)

7 - - - 5,0 - 2,2 4,5(62,3)

8 - - - 0,5 21,2 26,6 1,99 - -

(79,5)- - 12,5 3,3 2,4

10 - - - - 0,9 3,6 7,611 - -

(83,0)0,4 -

(91,2)8,8 - 6,2

12 - 0,5 - 6,7 (81,0)

- 1,3 3,0

13 - - - 13,0(73,5)

0,5 2,8 -

14 - - (87,0)

- 3,1 (74,2)

- - 6,8

15 - - - - - - -


____

16

16 - - - (x)

21,2 - - -

17 1,9 - - 31,0 0,5 - -18 0,2 - - - 14,9

(50,6)- -

19 0,6 - - - - (54,1)

-(58,7)

-

20 0,1 - - - - - -21 - - - 0,1 - 0,3 -22 22,3 - -

(x)- 0,4 - -

(62,5)23 6,2 - 4,5

(x)- 0,5 1,0 0,6

(63,2)24 - - 13,7

(x)- - 0,4 -

25 7,7 10,3(88,6)

0,2(97,0)

- - 0,1 11,6(56,2)

26 10,0 16,5 15,1(94,7)

- - - 11,0

27 - -(90,4)

4,2 (88,8)

-(68,2)

- - 3,5

28 0,2 0,4(91,9)

6,3 (86,2)

- - - -

29 18 0,3 - - - - 5,130 2,2 - - 5,2 - 3,3 2,231 7,8

(98,1)0,6 - 5,3

SUMMA NB 70,6 65,2 46,7 101,5 89,3 66,8 89,4

Källa: Forsberg 1998, värden från klimatstation vid Dingle lantbruksgymnasium.


____

17

DiskussionI resultaten har det klarlagts att utebliven interception och transpiration är orsakerna till mertillgängligt vatten på hygget. Interceptionsundersökningar utförda på det sätt som gjorts i detta arbeteverkar ge ett linjärt samband i enlighet med Lockwood (1985, s. 197). Närmare 70% av värdenakan förklaras av denna linje (figur 4), förutsatt att avläsning av regnmängd görs innan det skerförluster genom avdunstning. Transpirationens inverkan på grundvattenytan som redovisas i figur 6har även upptäckts på andra håll. Knutsson och Morfeldt (1993, s. 49) redovisar samma variation imoränmark, men på två meters djup. Tanken att det skulle gå att avgöra rotzonens djup under ettväxttäcke faller därmed. Användandet av variationen begränsas då till att avgöra när ett växttäcketranspirerar eller ej. Att variationen skulle bero på avdunstning av vatten i de övre marklagren kanockså motsägas eftersom grundvattenytan i observationsrör 6 då borde uppvisa samma variation. Detbör dock noteras att figur 6 bygger på värden insamlade vid två tidpunkter under ett dygn.Variationens maxima- och minimanivåer sammanföll troligtsvis inte med dessa tidpunkter.

Interception och transpiration styr därmed grundvattenbildningen i skogen som framgick av figur 7.Grundvattenytan på hygget reagerar mycket snabbt på vattentillskott, men samtidigt är ävenavsänkningen kvick till skillnad från grundvattnet i skogen där lerlagret ligger på samma djup. Snabbavsänkning kan förmodligen tillskrivas större mättad konduktivitet i mot markytan genom rötter ochmindre packat material (Grip och Rodhe 1994, s. 55) vilket medger snabb avrinning i dessa ytligalager. På hygget som helhet skedde grundvattenbildning under sommaren om än med dämpadmagnitud där grundvattnet ligger djupare (figur 8). Som antytts i resultatdelen bildades integrundvatten i skogen på samma höjd i sluttningen (observationsrör 1 och 2) förrän långt in på hösten.Detta är mycket talande för effekten av trädens bortförande och får anses vara kärnan iproblematiken - fältkapacitet kan inte byggas upp i skogen med resultatet att en stor del avårsnederbörden ej bildar grundvatten vilket dock sker på hygget.

Med detta som bakgrund blir grundvattenstånden i skog och hygge begripliga (figur 9 och 10) vidolika tidpunkter. Med tanke på att både skogen och hygget har upplevt exakt samma väder är dedirekt jämförbara. Vad gäller djupet till grundvattenytan är det ingen större skillnad mellan skog ochhygge i de övre delarna av sluttningen, utan det är först i de lägre liggande partierna som skillnadenblir uppenbar. Nedanför observationsrör 6 finns ständigt grundvatten i dagen men på samma höjd iskogen har inte detta inträffat. Det finns två alternativa förklaringar till detta. Eftersom vatten inteförbrukas på hygget kan grundvattenflödet antas vara större på hygget. Grundvattenytan tvingasdärför upp i markytan i den punkt där grundvattentillförseln överskrider den största möjligagrundvattenföringen (Grip och Rodhe 1993, s. 81) och detta inträffar runt observationsrör 6. Ettandra alternativ kan vara att sluttningen på hygget är något mer konkav än densamma i skogen vilketytterligare gynnar denna process. Det som talar emot att grundvattenföringen är större på hygget ärdet faktum att lutningen på grundvattenytan har varit större i skogen än i hygget vid varje enskiltmättillfälle. Enligt ekvation (1) borde därför grundvattenföringen vara större i skogen då flödet ärproportionellt mot lutningen. Oberoende av detta finns dock mer vatten tillgängligt på hygget och detär ju detta överskott som gjort att jordartens största grundvattenföring överskridits och därmed gettlägre lutningar på grundvattenytan enligt resonemanget ovan. Dessutom är den mättadekonduktiviteten mindre på större djup där grundvattnet i skogen befinner sig vilket tidigare beskrevs.I skogen förflyttas grundvattenytan mer eller mindre parallellt mot sig själv vilket kan tillskrivasvattenkonsumtionen genom transpiration. Detta indikeras ytterligare av hoppet mellan september-


____

18

och oktobervärdena som är det hydrologiska nyåret i området vilket är en normal tid för denna typ avårsskifte enligt Grip och Rodhe (1993, s. 17). Det är alltså först nu grundvatten börjar bildas i skogenför att återknyta till vad som tidigare diskuterades.

I resultatdelen kommenterades det att grundvattenytans maximanivåer inte inträffade samtidigt i skogoch hygge vid de aktuella mättillfällena men grundvattennivåerna följer varann väl. Skillnaden ligger iatt variationerna i skogen är dämpade, förmodligen som resultat av längre perkolation genom ettmäktigare jordlager.

Då återstår frågan hur representativa figur 9 och 10 är för grundvattenståndet under ett halvår.Under de tidpunkter som grundvattenstånden redovisats har nederbörden varierat som framgår avtabell 2. Exempelvis är värdena från 27/9, 19/11 och 2/11 inte direkt påverkade av nederbörd dåbara någon mm regn föll veckan innan avläsninarna gjordes. De övriga avläsningarna var merpåverkade av nederbörd. Förmodligen ger därför figurerna en relativt god bild av grundvattenståndenunder perioden med tanke på de varierande omständigheterna. Man bör dock vara medveten om attfigur 9 och 10 är tvådimensionella vilket inte ger en fullständig bild av grundvattenströmningen. Häravses att det inte går att avgöra om grundvattnet verkligen strömmar vinkelrätt mot höjdkurvorna medden metod som använts. Lerlagret har t. ex. beskrivits vara något grundare beläget på hygget än iskogen vilket förmodligen påverkat resultaten. Kornstorleksfördelningen som också är viktig förresultaten är så gott som homogen. Lägre partier i skogen har något större andel finare material änsluttningen i övrigt. Huvuddragen av resultaten bedömmer dock författaren vara korrekta.Sensommaren 1997 var extremt varm och torr vilket bör kommas ihåg vid granskning av resultat fråndenna tidpunkt.

Hittills har det framgått att kalavverkningen gett upphov till grundvattenhöjning, samt att de lägrepartierna av hygget har blivit försumpade. Här skulle trädplantor dränkas genom syrebrist. Denförsämrade luftningen leder troligen till mindre nedbrytning med växande humuslager som följd(Lundin 1979, s. 25). Lundin menar dock att samtidigt som grundvattenhöjning i vissa delar ärogynnsamt kan partier som före kalhuggningen varit torra medföra gynnsammare betingelser förväxter och markdjur. Det finns anledning att tro att detta är fallet även i de högre partierna av detundersökta kalhygget.

Utbredningen av veketåg (Juncus effúsus) kan vara ett led av den nya vegetation som efterföljeravverkning och försumpning. I figur 11 visades sambandet mellan grundvattenytans djup och växtensförekomst samt täthet. Detta samband bygger på att tätheten ökar där grundvattenytan under lång tidvarit i markytan och därför borde också växtens blotta existens indikera hög markvattenhalt. Omdetta är fallet samt om grundvattennivåerna som redovisats på hygget är representativa förekommerveketåg först där djupet till grundvattenytan är mellan 20-50 cm. Detta ger ett medeldjup på 35 cmmen detta tal bör användas med försiktighet. Således kan växtens utbredning användas till att avgöravar grundvattnet ligger ytligt och indikera riskzoner för försumpning. Notera dock att dettaresonemang bygger på att utbredning och täthet är statisk. Vid plantering av gran hamnar plantansrötter på ett djup av 20-30 cm. Då grundvattenytan finns på detta djup infinner sig alltså också veketåg.Granplantor som planteras på lokaler där veketåg finns kan därmed riskera att kvävas omresonemanget ovan stämmer.Nitratkoncentrationerna som uppmätts är högst i de lägre delarna av hygget. 20 m därifrån ivattendraget syns dock inget av dessa höga halter, ej heller längre nedströms. Med tanke på


____

19

veketågets denitrifierande förmåga beskrivet av Reddy et al. (1989) finns möjligheten att den frodigaförekomsten av veketåg nedanför observationsrör 6 renar vattnet på nitrat innan det når vattendraget.Det noterades att nitrathalten ökade nedströms efter ett regntillfälle som gav 15 mm. Detta kaneventuellt bero på att mindre biflöden aktiverades vid regnet och tillförde bäcken nitrat. Man bör varamedveten om att den använda nitratkoncentrationsmetoden är behäftat med visst fel vilket harförsökts minskas med dubletter av blankprov.

Slutligen då det ytliga grundvattnets inverkan på mikroklimatet. Det har visats i figur 12 atttemperaturgradienten uppvisar en relation med grundvattenytans djup i observationsrör 1-5. Iobservationsrör 6 är grundvattnet i dagen beroende på avverkningen och den ovan nämda relationenhar då förlorats. Relationen stämmer inte här, alltså har något hänt med temperaturgradienterna iobservationsrör 6 som ej inträffat i de övriga rören. Temperatur-radienterna beskrivs av Oke (1996,s. 37) som motorn i värmetransporten genom ett material och denna transport är proportionell mottemperaturskillnaden genom ett materiallager. Vid mättillfällena var temperaturgradienterna mycketlåga i observationsrör 6 till skillnad från observationsrör 5; ändå skiljer det bara ca 15 cm mellanmedeldjupen till grundvattnet. Det finns dock en viktig skillnad: grundvattnet i observationsrör 6 harsom noterats ovan hela tiden befunnit sig i markytan vilket inte är fallet i observationsrör 5. Genomatt vatten funnits närvarande, som är en god värmeledare i jämförelse med en jord där porvolymentill stor del består av luft, har värme där grundvattnet funnits i markytan transporterats mot markytan.Efter ett tag var huvuddelen av värmen transporterad till markytan med resultatet atttemperaturgradienterna sänktes. När detta har skett är givetvis svårt att fastställa, men huvudsaken äratt det har hänt till skillnad från partier där grundvattnet inte ligger i markytan. Värmetransporten motmarkytan och senare till atmosfären borde dock verka frosthämmande.

Oke (1996, s. 238) beskriver att ökad markfukt genom exempelvis konstbevattning verkarfrosthämmande. Det bör dock noteras att i observationsrör 5, där grundvattenytan befanns på ca 20cm djup vilket genom kapillär stigning borde ge en hög markvattenhalt över grundvattenytan, finnsingen antydan till låga temperaturgradienter, tvärtom. Det är därför rimligt att anta att frostskyddgenom vattentillskott endast verkar vid totalt mättad mark. Utan mättnad är isolering effektiv genomnärvaro av luft i porvolymen.


____

20

SlutsatserVid avverkning höjs grundvattenståndet på hygget, men denna effekt är enbart skadlig i de lägstliggande partierna. Längre upp i sluttningen kan detta vara gynnsamt för återväxt om det föreavverkningen här var torrt. Orsakerna till grundvattenhöjningen är utebliven interception ochtranspiration då skogen avverkas.

Täthet av veketåg (Juncus effúsus) uppvisar samband med markvattenhalt; där grundvatten-ytan gåri dagen ökar tätheten. Det är därför rimligt att även dess utbredning är beroende av högmarkvattenhalt. Veketåg förekommer först där grundvattenytans djup är mellan 20-50 cm. Växtensförekomst kan då användas till att avgöra vilka områden som är gränszon mellan väldräneraderespektive vattensjuka partier. Förekommer växten på ett hygge är den lokalen behäftad medkvävningsrisk för plantor.

Nitratkoncentrationerna i grundvattnet på hygget överskrider vida de uppmätta koncentrationerna iskogen. Detta beror på att nedbrytningen av organiskt material varit betydligt större på hygget än iskogen sedan avverkningen. Spår av de höga halterna på hygget har inte upptäckts i bäcken somdränerar området. Nedanför provtagningspunkten på hygget är dock förekomsten av veketåg frodigsom med stor sannolikhet medverkar till att rena grundvattnet från hygget innan det når bäcken.

Användandet av temperaturgradienter i grundvattnet ger inblick i markens historia av värmetransporti olika delar av undersökningsområdet. Temperaturgradienten uppvisar en omvänd relation medgrundvattenytans djup vid de lokaler grundvattnet inte finns i markytan. Enbart där det finnsgrundvatten i markytan bryts relationen med en låg temperaturgradient som resultat. Detta tyder på atteffektiv värmetransport mot ytan har skett vid något tillfälle som med stor sannolikhet verkatfrosthämmande.

Ett visst mått av återhämtning mot en stabilare miljö och mer skogliga förhållanden kan därför skönjas iområden där grundvattenytan höjts genom avverkning.


____

21

Referenser

Bergman F (1991): Granen i kärva lägen. Skogsstyrelsen, Jönköping, 52 s.

Elmberg J, Bäckström P O och Lestander T (1992): Vår skog - vägvalet. Arlöv, 207 s.

Ericsson B, Köningsson L K och Larsson L E (1978): Kvartärgeologi - kompendium för grundkursi geovetenskap. Uppsala, 78 s.

Forsberg S (1998): Väderleken 1997. Dingle lantbruksgymnasium, Dingle, 18 s.

Grip H och Rodhe A (1994): Vattnets väg från regn till bäck. Karlshamn, 155 s.

Knutsson G och Morfeldt C O (1993): Grundvatten - teori och tillämpning. Stockholm, 304 s.

Lindroth A (1995): Växten som vattenpump: vädrets makter styr, ur Naturvetenskapligaforskarrådets årsbok 1995, Det evigt vandrande vattnet. Uddevalla, s. 83-91.

Lockwood J G (1985): World climatic systems. London, 292 s.

Lundin L (1995): Skogslandets vatten, ur Naturvetenskapliga forskarrådets årsbok 1995, Detevigt vandrande vattnet. Uddevalla, s. 71-83.

Lundin L (1979): Kalhuggningens inverkan på markvattenhalt och grundvattennivå. Uppsala, 35 s.

Nordin I (1997): Ut i Sveriges flora. Partille, 160 s.

Oke T R (1996): Boundary layer climates. Cambridge, 435 s.

Reddy K R, Patrick W H och Lindau C W (1989): Nitrification-denitrification at the plant root-sediment interface in wetlands. Limnology and Oceanography, 34:6 s. 1004-1014.

Selby M J (1993): Hillslope materials and processes. Oxford, 451 s.

Wiklander G (1974): Hyggesupptagningens inverkan på växtnäringsinnehåll i yt- och grundvatten,särtryck ur Sveriges Skogsvårdsförbunds Tidskrift 1, 1974. Stockholm, 6 s.

KartkällorGröna kartan, Vänersborg 8B NV. Lantmäteriverket 1993. Skala 1:50 000.

Världen i kartor (1987) Esselte kartor, Stockholm s. 10

Muntliga källorBengt Johansson, universitetslektor i kvartärgeologi, Göteborgs universitet. 1998-05-03.

Per Wedel, universitetslektor i kvartärgeologi, Göteborgs universitet. 1997-07-01.

EN JÄMFÖRANDE STUDIE AV GRUNT GRUNDVATTEN I · PDF fileEARTH SCIENCES CENTRE...

Documents

Transcript of EN JÄMFÖRANDE STUDIE AV GRUNT GRUNDVATTEN I · PDF fileEARTH SCIENCES CENTRE...