(DOC) i huvudflödet inom ett skogslandskap - Institutionen för ...

Ytvattenburen koltransport (DOC) i
huvudflödet inom ett skogslandskap
Linnéa Gedell
Uppsats för avläggande av naturvetenskaplig kandidatexamen i
Miljövetenskap
15 hp
Institutionen för växt- och miljövetenskaper
Göteborgs universitet
Januari 2012

Sammanfattning
Klimatförändringar till följd av mänsklig påverkan och växthuseffekten är en ständigt aktuell
fråga. Koldioxidutsläppens påverkan på klimatförändringarna är vetenskapligt bevisat.
Koldioxidhalten i atmosfären har ökat sedan industrialiseringen. En viktig faktor i jordens
klimatsystem är kolsänkor, vilka bidrar till att begränsa koldioxidhalten i atmosfären. Detta
sker bland annat genom att vegetationen binder koldioxid från luften genom att fixera kol till
biomassan. Förmultnande vegetation frigör kol och är därmed en kolkälla. En del av det
frigjorda kolet transporteras som löst organiskt kol (Dissolved Organic Carbon; DOC) i
akvatiska system. Syftet med denna studie var att analysera förändringar i sammansättning
och halt av DOC från ett vattensystem i ett borealt skogslandskap vid Skogaryd. Provmassa
erhölls från vattenprover genom en filtreringsprocess. Provmassan analyserades genom NMRanalys,
vilket ger den kemiska sammansättningen av DOC, samt en analys av totalt mängd kol
och total mängd kväve. Vatten togs från provpunkterna: utloppen Myren (startpunkten för
vattensystemet), Följesjön och Skottenesjön (utloppet ur avrinningsområdet runt Skogaryd).
Resultaten visade att DOC,

Innehållsförteckning
Sammanfattning .....................................................................................................................1
Summary................................................................................................................................1
1 Inledning .............................................................................................................................3
1.2 Syfte .............................................................................................................................5
1.3 Avgränsning .................................................................................................................5
2 Metodik...............................................................................................................................6
2.1 Provpunkter ..................................................................................................................6
2.1.1 Utlopp Myren.........................................................................................................6
2.1.2 Utlopp Följesjön.....................................................................................................6
2.1.3 Utlopp Skottenesjön...............................................................................................6
2.2 Vattenprovstagning.......................................................................................................7
2.3 Provberedning...............................................................................................................7
2.4 NMR-analys .................................................................................................................8
2.5 Total kol och total kväve analys....................................................................................8
3 Resultat ...............................................................................................................................9
3.1 Provförsök ....................................................................................................................9
3.2 Filtreringsprocessen....................................................................................................10
3.3 Bestämning av provens totalmassa..............................................................................10
3.4 NMR-analys ...............................................................................................................13
3.5 Total kol och total kväve analys..................................................................................16
3.6 Temperatur och pH bestämning ..................................................................................20
4 Diskussion.........................................................................................................................21
4.1 Utvärdera analysmetod ...............................................................................................21
4.1.1 Provvolym ...............................................................................................................21
4.1.2 NMR-analys ............................................................................................................22
4.2 Utvärdera resultatens giltighet.....................................................................................22
4.3 Framtida arbete...........................................................................................................23
5 Slutsatser...........................................................................................................................23
Tackord................................................................................................................................23
Referenser ............................................................................................................................24
Bilaga A ...............................................................................................................................26
2

1 Inledning
Klimatförändringar och dess möjliga påverkan på vårt framtida samhälle och miljö är något
som berör oss alla. Förändringarna i klimatet är ett ämne som flitigt diskuteras inom media,
forskning och politiken. Begreppet klimatförändringar innefattar en höjning av den globala
medeltemperaturen genom en ökning av växthusgaser i atmosfären vilket förstärker
växthuseffekten. Klimatförändringarna ger förutom höjd global medeltemperatur också
upphov till kraftigare stormar, förändrade nederbördsmönster, översvämningar samt lokalt
sänkning av temperaturen. Hur framtidens klimat kommer att te sig kan modelleras med ett
antal olika klimatmodeller, till exempel EC- EARTH (SMHI 2008). Klimatmodeller ger en
föraning om vad som komma skall, om utsläppen av växthusgaser, främst koldioxid, fortsätter
i samma takt som idag. Klimatförändringar beror både på mänsklig aktivitet och naturliga
fluktuationer. Enligt Denman et al. (2007) påverkar mänskligheten, genom förbränning av
fossila bränslen, klimatet genom utsläppen av växthusgaser. Växthusgaserna koldioxid (CO2),
metan (CH4) och lustgas (N2O). Trots att halterna av koldioxid är vida mycket större än de
andra, har de senare likväl en påverkad, då deras inverkan per ppm är mångdubbelt högre.
Även avskogning och ändrad markanvändning är exempel på mänskliga aktiviteter som
påverkar klimatet. Exempelvis har koncentrationen av koldioxid i atmosfären ökat med
närmare 25 % (ca 100 parts per million, ppm) sedan år 1750 (Denman et al. 2007). Halten av
koldioxid är hösten år 2011 närmare 388 ppm (NOAA 2011). Antropegena källor till
koldioxidutsläpp är förbränning av kol, olja, naturgas samt andra kolföreningar.
Den antropogent utsläppta koldioxiden ackumuleras inte enbart i atmosfären. Skulle det vara
så, skulle den ökade mängden i atmosfären och mängden utsläppt koldioxid vara lika stora.
Koldioxiden fördelas mellan atmosfären, oceanerna och terrestra ekosystem (Denman et al.
2007). Oceanerna och terrestra ekosystemen fungerar som kolsänkor, men kan även agera
som kolkällor (Denman et al. 2007). Oceanens upptag av koldioxid är ett exempel på en
kolsänka och begränsar därmed effekten av mänskliga utsläpp. Koldioxiden som absorberas
reagerar med vattnet och bildar bikarbonat och karbonatjoner. Detta får som följd att pH-
värdet sänks och exempelvis korallreven tar skada. Detta fenomen kallas havsförsurning.
(Denman et al. 2007). Exempel på kollkälla är naturliga eller anlagda bränder av terrestra
ekosystem (Denman et al. 2007). Andra kollkällor är utsläpp av CH4 vid matproduktion eller
N2O från gödslet på våra åkrar.
De terrestra områdena är viktiga kolsänkor (t.ex. Bastviken et al. 2011). Kolsänkor begränsar
ökningstakten av koldioxidhalten i atmosfären genom att kolet binds i växters biomassa, det
vill säga, kronan, stammen och rotsystemet. Kol binds till växten genom att fixera luftens
koldioxid genom fotosyntesen. Detta är inte en enkelriktad process där växterna enbart binder
och ackumulerar kol. Nattetid avges kol som koldioxid till följd av växters cellandning, men
framför allt frigörs kol vid nedbrytning av gamla växtdelar. Det kol som inte ackumuleras i
biomassan emitteras vid nedbrytning av markens förna till atmosfären eller transporteras bort
med vattnet. Denna transport sker bland annat som löst organiskt kol, DOC (Dissolved
Organic Carbon). Koncentrationen DOC påverkas av bland annat vegetationen och det
markbundna kolets nedbrytningshastighet. Den globala balansen mellan att absorbera och
avge respektive ackumulera koldioxid har troligen förändrats på senare tid. De uppbyggda
kollager, som nu har fått en ökad nedbrytningstakt (nedbrytningen ökar med höjd temperatur),
förvandlats från kolsänka till kolkälla genom att frigöra CO2 och CH4 i allt snabbare takt.
3

Figur 1. Dissolved Organic Carbon, DOC, transport genom landskapet (Roulet and Moore 2006).
Under de senaste årtiondena har halterna organiskt material (humusämnen) ökat i vattnet. Det
organiska materialet lakas främst ut från skogsmark (Hansson et al. 2009). En ökning av
organiskt material i vattnet kallas för brunifiering och är ett komplext problem som troligen
orsakas av en samverkan mellan olika faktorer som: klimatförändringar samt minskat nedfall
av framförallt svavel med även troligen kväve. Även lokala processer som exempelvis ändrad
markanvändning påverkar brunifieringen (Sonesten 2010, Vattenmyndigheten 2010).
Konsekvenserna till följd av ökad brunifiering är många. Exempel på detta är:
- Ökad belastning av metaller i vår havsmiljö.
- Förändringar i algsamhället.
- Försämrad vattenkvalitet på råvattnet som används i dricksvattenproduktionen
(Sonesten 2010, Hansson et al. 2009, Vattenmyndigheten, 2010).
I Sverige är främst de södra delarna drabbade (Sonesten 2010). I dagsläget vidtar
vattenmyndigheten inga formella åtgärder, eftersom det inte finns miljökvalitetsnormer
kopplade till brunifiering. Det finns dock åtgärder för att motverka andra miljöproblem som
anses ha effekt även på brunifiering (Vattenmyndigheten 2010).
Inom forskningsområdet Ekofysiologi och biogeokemi bedriver Göteborgs Universitet en rad
olika projekt; ett är Landscape Greenhouse Gas Exchange (LAGGE). LAGGE syftar till att
”kvantifiera växthusgasbalansen på landskapsnivå och med hänsyn tagen till
vattenmiljöerna”, för att på så sätt erhålla bättre bedömningar av skogen och skogslandskapets
roll som kolsänka. Flöden av koldioxid, metan, lustgas samt kol- och kväveföreningar, mellan
1) mark och atmosfär, 2) mark och vattenmiljöer, 3) vattenmiljöer och atmosfär studeras.
LAGGE är lokaliserat till provtagningsområdet Skogaryd (58°22′10″ N, 12°08′47″ E), vilket
är ett granbeväxt provtagningsområde cirka 100 km norr om Göteborg. Projektet pågår mellan
år 2010-2013 och är ett samarbete mellan forskare från Göteborgs Universitet, Linköpings
Universitet, Lunds Universitet, Stockholms Universitet, Uppsala Universitet och Kungliga
Tekniska högskolan (Göteborgs Universitet 2011).
4

1.2 Syfte
Denna studie syftade till att analysera förändringar i sammansättning och halt av DOC då det
passerar genom vattensystemet i ett borealt skogslandskap vid Skogaryd samt bedöma om
detta är en lämplig analysmetod.
Utifrån detta syfte har följande frågeställningar formulerats:
- Finns det någon förändring i sammansättningen av DOC i vattensystemet vid
Skogaryd från vattnets startpunkt (Myren) och dess väg genom skogslandskapet?
- Hur förändras DOC sammansättningen i systemet?
- Är Nuclear Magnetic Resonance, NMR-analys en lämplig analysmetod?
1.3 Avgränsning
I denna studie kommer enbart provtagningsområdet Skogaryd behandlas. Totalt 12 stycken
vattenprover om fyra prover från respektive provpunkt analyseras.
5

2. Metodik
Tillvägagångssättet kan sammanfattas på följande sätt:
- Vattenprover hämtades från tre olika provpunkter (se kap. 2.1 och kap. 2.2).
- Proverna beredes bland annat genom en filtreringsprocess (se kap. 2.3).
- Filtraten kyldes ner till minst -20°C för att därefter processas i frystork (se kap. 2.3).
- Erhållet substrat vägdes för total massa.
- Proven analyserades i en NMR-spektrometer (se kap. 2.4).
- Tolkningen av det erhållna spektrat genomfördes med WinNMR från Mestrelab
Research (se kap. 2.4).
- Analysering av total halt kol och kväve genomfördes genom förbränning i en
elementäranalysator av modell EA 1108 CHNS-O (se kap. 2.5).
2.1 Provpunkter
2.1.1 Utlopp Myren
Denna provpunkt är den första och högst belägna av
de tre provpunkterna. Här erhålls en indikation på
inkommande DOC halter. Myrens koordinater är
58º22´10´´N 12º10´11,5´´Ö och är beläget i
krondiket. Vattenprov tas i en konstgjord ränna.
Längs båda sidorna av diket är det gles tallskog,
vilket ger ett måttligt solinsläpp. Markvegetationen
utgörs till stora delar av blåbär och vitmossor.
2.1.2 Utlopp Följesjön
Den andra provpunkten 58º22´27,2´´N 12º9´2,5´´Ö är
belägen i Följesjöns utlopp. Provplatsen är vid ett
konstgjort dämme med en fallhöjd på cirka en meter.
Vattenprov tas ovanför dämmet. Runt omkring är
barrskogen gles och död, på grund av den höga
vattennivån. Den glesa skogen medför ett stort
ljusinsläpp. Markvegetationen består av högt gräs.
Marken är blöt och sank.
2.1.3 Utlopp Skottenesjön
Provpunkt 58º21´17,1´´N 12º7´58,7´´Ö, är
provområdets lägst belägna punkt. Här fås en
indikation om DOC halterna ut ur systemet.
Vattenprovet tas från en sten. Längs dikets båda sidor
är det berg på cirka 2 meter. Provpunkten omges av
en gles skog med mycket tall och mossa som
markvegetation. Skogens krontak medför en måttlig
solinstrålning.
6

2.2 Vattenprovstagning
Vatten hämtades från tre olika provpunkter (se bilaga A). Insamling av vattenprover skede
med hjälp av syradiskade, enligt svensk standard ss 02 81 83, glasflaskor om en liter. Från
samtliga provpunkter togs en vattenvolym på två liter. Vid inhämtningen av vatten mättes
ytvattentemperatur. Provvattnet förvarades mörkt och svalt för vidare analys på laboratorium.
2.3 Provberedning
Filtreringsprocessen av samtliga vattenprov skede inom en 12 timmarsperiod.
Varje vattenprov användes till att göra en serie om fyra prover, där varje prov är 100 ml.
Provvattnet genomgick en filtreringsprocess där prov togs på det ofiltrerade vattnet samt efter
varje filtreringssteg (se figur 2). Under filtreringsprocessen användes membranfilter med
porstorlekarna 5,0 µm, 0,45 µm och 0,20 µm. Processen började med 5,0 µm-filtret, vilket
avlägsnar större partiklar. Därefter användes 0,45 µm-filter, vilket filtrerar bort resterande av
POC (Praticulate Organic Carbon) som gått igenom 5,0 µm-filtret. Processen avslutades med
0,20 µm-filter, vilket tog bort de stora DOC partiklarna. Ofiltrerat vattenprov benämns här
efter som Fraktion >5,0, 5,0 µm-filter benämns Fraktion 0,45–5,0, 0,45 µm-filter benämns
Fraktion 0,20–0,45 och 0,20 µm- filter benämns som Fraktion

2.4 NMR-analys
Nuclear magnetic resonance, NMR, är en selektiv absorption av radiovågor av atomkärnor i
ett magnetiskt fält. NMR används inom en rad olika ämnesområden, till exempel kemi,
biologi och medicin. Inom kemin används NMR till identifiering av olika substanser och fasta
preparat. Metoden ger bland annat information om substansstruktur, växelverkan mellan
molekyler och materialegenskaper (Nationalencyklopedin 2011).
Provsubstratet packas i 3.2 mm rör, så kallade roter, dessa rör rymmer 20 µl. Analysen sker i
en spektrometer, Varian 600MHz med VNMR-S konsol och 3.2 mm MAS fastfas prob.
Analysen pågår under cirka 17 minuter.
Erhållna spektrum (se figur 3) analyseras i WinNMR. Här beräknas topparnas area inom
respektive funktionell grupp. De funktionella grupperna är alkyl (0-45 ppm), N-alkyl och
metoxy (45-60 ppm), O-alkyl (60-92 ppm), acetal (92-106 ppm), aromater (106-145 ppm),
freoner (145-158 ppm) och karboxyl, amider, estrar, ketoner och aldehyd (158-220 ppm)
(Sjögersten et al. 2003).
Figur 3. Exempel på erhållet spektrum. Det aktuella funktionellla gruppers ppm intervall är markerade i
spektrat.
2.5 Total kol och total kväve analys
I analysen av total mängd kol och kväve användes en massa om 2,1–2,5 mg av provsubstratet.
Denna provmängd anses vara representativ för provet. Proverna och ett blankprov körs i en
elementäranalysator av modell EA 1108 CHNS-O. Under analysen förbränns proverna under
hög temperatur, mellan 500-1000 °C. Allt organiskt material förbränns och kvar blir
eventuella mineraler. I kromatografkolonen separeras gaserna efter deras laddning. Här
analyseras i vilken turordning gaserna kommer samt halten av de olika gaserna. Kväve går
snabbast igenom kromatografen följt av koldioxid, vatten och sist svaveldioxid.
Beräkningar görs på kol, kväve och kvoten kol-kväve procentuella medelvärden, den totala
massan kol och kväve samt ett årsflux av kol från samtliga provpunkter.
8

3 Resultat
3.1 Provförsök
För att utvärdera analysmetoden utfördes först ett antal provförsök på provvatten taget från en
provpunkt som inhämtats vid ett tillfälle. Här redovisas provförsök 1 och 2 (se tabell 1 och
figur 4). Inom varje provförsök erhölls fyra delresultat (beroende på graden av filtrering) med
den tydliga trenden att massan minskas från Fraktion >5,0 till Fraktion 5,0 88
0,45–5,0 83
0,20–0,45 71
< 0,20 31
> 5,0 107
0,45–5,0 96
0,20–0,45 96
< 0,20 80
Figur 4. Jämförelse mellan provförsök 1 och 2. Båda provförsöken erhåller en minskning av massa för de
olika fraktionerna, Fraktion > 5,0, Fraktion 0,45–5,0, Fraktion 0,20–0,45 och Fraktion < 0,20. Provförsök
2 har dock inte en lika tydlig minskning av massan som provförsök 1.
9

3.2 Filtreringsprocessen
Under filtreringsprocessen behövdes filterbyten göras på grund av igensättning av filtret.
Antal filter som behövs för de olika provpunkternas vatten samt var i processen filtreringen
ägde rum redovisas i tabell 2.
Tabell 2. Antal filter som åtgår per filter storlek och provpunkt.
Provpunkt Filter
[µm]
Myren
Följesjön
Skottenesjön
Antal
5,0 1
0,45 2
0,2 1
5,0 5
0,45 3
0,2 1
5,0 1
0,45 5
0,2 2
Följande resultat har erhållits:
- Provvattnet från Myren hade ett snabbt flöde genom samtliga filtren. Filterbyte var
dock nödvändigt vid 0,20 µm-filtret.
- Provvatten från Följesjön hade ett snabbt flöde genom samtliga filtren. Filterbyte var
dock nödvändigt vid 5,0- och 0,45 µm-filtren.
- Provvattnet från Skottenesjön var svårfiltrerat. Vattnet hade ett långsamt flöde genom
filtren och filterbyte var nödvändigt vid alla steg i processen utom vid 5,0 µm-filtret.
3.3 Bestämning av provens totalmassa
Uppmätta provmassor och beräkningar över provmassan per liter provvatten för respektive
provpunkter redovisas i tabell 3 och figur 5. Procentuella kolinnehållet av totala provmassan,
för respektive prov, redovisas i tabell 4.
10

Table 3. Sammanställning över erhållen provmassa i milligram och milligram per liter provvatten för
samtliga provpunkter.
Provpunkt Filtreringsgrad
Myren
Följesjön
Skottenesjön
[µm]
Följande resultat har erhållits:
Massa [mg] Massa
[mg/l]
Ofiltrerat 10,7 107
5,0 10,7 107
0,45 9,2 92
0,20 9,1 91
Ofiltrerat 7,8 78
5,0 7,0 70
0,45 7,8 78
0,20 7,5 75
Ofiltrerat 10,6 106
5,0 9,9 99
0,45 8,9 89
0,20 9,8 98
- Resultaten visar på minskande massor med ökad filtreringsgrad (Myren med 107, 107,
92 samt 91 mg/l).
- Myren och Skottenesjön har ungefär samma uppmätta massor i Fraktion > 5,0 (106
mg/l), medan Följesjön har cirka 25 % lägre värden (78 mg/l) (se tabell 4).
Figur 5. Jämförelse mellan provpunkternas erhållna provmassa för samtliga fraktioner.
11

Provmassan per liter provvatten för fraktionerna < 0,20, 0,20-45, 0,45–5,0 och >5,0 (se tabell
4) beräknas genom att fraktion < 0,20 hämtas från tabell 3. Provmassan för fraktion 0,20–0,45
erhålls genom att subtrahera massan för fraktion 0,20–0,45, tabell 3, med massan för fraktion
5,0 0 0
0,45–5,0 15 14
0,20–0,45 1 1
5,0 78 0
0,45–5,0 70 0
0,20–0,45 78 4
5,0 106 7
0,45–5,0 99 1
0,20–0,45 89 0

Figur 6.Provpunkternas procentuella kolinnehåll. Fraktion 5,0. Den procentuella fördelningen av ingående funktionella grupper. Inom
parentesen anges inom vilket ppm intervallet de funktionella grupperna återfinns i spektrat.
Provpunkt Alkyl
(0-45)
N-alkyl
och
metoxy
(45-60)
Oalkyl
(60-
92)
Acetal
(92-
106)
13
Aromater
(106-145)
Fenoler
(145-
158)
Karboxyl,
amider,
estrar,
ketoner, och
aldehyd (158-
220)
Myren 0 2 0 0 70 17 2
Följesjön 0 6 6 0 80 8 0
Skottenesjön 15 10 6 1 50 12 7
Tabell 6. Fraktion 0,45–5,0. Den procentuella fördelningen av ingående funktionella grupper. Inom
parentesen anges inom vilket ppm intervallet de funktionella grupperna återfinns i spektrat.
Provpunkt Alkyl
(0-45)
N-alkyl
och
metoxy
(45-60)
O-alkyl
(60-92)
Acetal
(92-
106)
Aromater
(106-145)
Fenoler
(145-158)
Karboxyl,
amider,
estrar,
ketoner,
och
aldehyd
(158-220)
Myren 0 2 1 0 79 15 3
Följesjön 0 3 0 0 87 10 0
Skottenesjön 0 0 0 0 86 14 0

Tabell 7. Fraktion 0,20–0,45. Procentuella fördelningen av ingående funktionella grupper. Inom
parentesen anges inom vilket ppm intervallet de funktionella grupperna återfinns i spektrat.
Provpunkt Alkyl
(0-45)
N-alkyl
och
metoxy
(45-60)
O-alkyl
(60-92)
Acetal
(92-106)
14
Aromater
(106-145)
Fenoler
(145-
158)
Karboxyl,
amider,
estrar,
ketoner,
och
aldehyd
(158 -220)
Myren 0 0 0 0 94 6 0
Följesjön 0 3 0 0 84 13 0
Skottenesjön 0 0 0 0 82 14 4
Tabell 8. Fraktion < 0,20 µm. Procentuella fördelningen av ingående funktionella grupper. Inom
parentesen anges inom vilket ppm intervallet de funktionella grupperna återfinns i spektrat.
Provpunkt Alkyl
(0-45)
N-alkyl
och
metoxy
(45-60)
O-alkyl
(60-92)
Acetal
(92-
106)
Aromater
(106-145)
Fenoler
(145-
158)
Karboxyl,
amider,
estrar,
ketoner,
och
aldehy
(158-220)
Myren 0 3 1 0 80 5 11
Följesjön 0 2 0 0 88 2 7
Skottenesjön 0 2 5,0, återfinns samtliga funktionella grupper
(se tabell 5).
- Aromater återfinns vid samtliga provpunkter. Halten aromater varierar både mellan
och inom de olika provpunkterna (se tabell 5, 6, 7 och 8).
- Fenoler återfinns vid samtliga provpunkter. Halten fenoler varierar både mellan och
inom de olika provpunkterna (se tabell 5, 6, 7 och 8).
- Alkyl återfinns enbart vid provpunkt Skottenesjön, Fraktion > 5,0, med 15 procent (se
tabell 5).
- Acetal återfinns enbartt vid provpunkt Skottenesjön, Fraktion > 5,0, med 1 procent (se
tabell 5).För N-alkyl och metox gäller:

- Återfinns vid samtliga provpunkter för Fraktion > 5,0 och Fraktion < 0,20 (se
tabell 5 och 8).
- Återfinns vid provpunkterna Myren och Följesjön i Fraktion 0,45–5,0 (se tabell
6).
- Återfinns vid provpunkt Följesjön, Fraktion 0,20–0,45, med 3 procent (se tabell
7).
- För O-alkyl gäller:
- Återfinns vid provpunkterna Följesjön och Skottenesjön, Fraktion > 5,0, med 6
procent vardera (se tabell 5).
- Återfinns vid provpunkt Myren, Fraktion 0,45–5,0, med 1 procent (se tabell 6).
- Återfinns vid provpunkterna Myren och Skottenesjön, Fraktion < 0,20, med 1
procent för Myren och 5,0, med 2
procent för Myren och 7 procent för Skottenesjön (se tabell 5).
- Återfinns vid provpunkt Myren, Fraktion 0,45–5,0 med 3 procent (se tabell 6).
- Återfinns vid provpunkt Skottenesjön, Fraktion 0,20–0,45, med 4 procent (se
tabell 7).
- Återfinns vid samtliga provpunkter, Fraktion < 0,20 (se tabell 8).
I tabell 9 redovisas inom vilket ppm intervall man återfinner de funktionella grupperna.
Tabell 9. Ingående funktionella grupper och inom vilket ppm intervall de återfinns i spektrat,
Ppm Funktionell grupp
0-45 Alkyl
45-60 N-alkyl och metoxy
60-92 O-alkyl
92-106 Acetal
106-145 Aromater
145-158 Fenoler
158-220 Karboxyl, amider, estrar, ketoner, och
aldehyd
I och med erhållna resultat kan följande frågeställningar besvaras:
15

- Finns det någon förändring i sammansättningen av DOC i vattensystemet vid
Skogaryd från vattnets startpunkt (myren) och dess väg genom skogslandskapet?
- Hur förändras DOC sammansättningen i systemet?
- Är NMR-analys en lämplig analysmetod?
3.5 Total kol och total kväve analys
Elementäranalysens erhållna resultat för total mängd kol, total mängd kväve, kvoten kolkväve
redovisas i tabell 10. Beräkning av procentuella medelvärdet av kol, kväve och kvoten
kol-kväve samt totala massan kol och kväve redovisas i tabell 11 och 12.
Tabell 10. Elementäranalysens erhållna resultat. Procentuella andelen kol, kväve och kvoten kol-kväve
från samtliga provpunkter.
Provpunkt Fraktion
[µm]
Myren
Följesjön
Skottenesjön
Vikt
[mg]
C% N% C/N
> 5,0 2,076 32,87 0,797 41,23
0,45–5,0 2,184 32,77 0,779 42,05
0,20–0,45 2,561 32,25 0,736 43,82
< 0,20 2,199 32,39 0,736 44,01
> 5,0 2,315 29,68 0,92 32,26
0,45–5,0 2,457 29,81 1,039 28,7
0,20–0,45 2,332 29,6 0,925 32,01
< 0,20 2,161 28,69 1,216 23,59
> 5,0 2,345 28,15 0,789 35,67
0,45–5,0 2,215 27,99 0,834 33,55
0,20–0,45 2,407 28,1 0,83 33,84
Följande resultat har erhållits:
< 0,20 2,152 28,24 0,872 32,37
- Den procentuella andelen kol varierar både mellan och inom provpunkterna.
- Inom vattensystemet från Myren (startpunkt) till Skottenesjön (sista punkten) sker en
procentuell minskning av kolet.
- Den procentuella andelen kväve varierar både mellan och inom provpunkterna.
- Mellan provpunkterna Myren och Följesjön sker en procentuell ökning av kväve.
- Mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön sker en procentuell minskning av
kväve.
16

Baserat på erhållet resultat (tabell 10) beräknades procentuella medelvärdet för kol, kväve och
kvoten kol-kväve för samtliga provpunkter (se tabell 11).
Tabell 11. Procentuella medelvärdet för kol, kväve och kvoten kol-kväve.
Provpunkt Medelvärdet C [%] Medelvärde N [%] Medelvärde C/N [%]
Myren 32,5 0,76 44,8
Följesjön 29,4 1,03 29,1
Skottenesjön 28,1 0,83 33,9
Följande resultat har erhållits:
- Inom vattensystemet Skogaryd erhålls en minskning av kol med 4,4 procentenheter
mellan provpunkterna Myren (startpunkt) och Skottenesjön (sista punkten).
- Mellan provpunkterna Myren och Följesjön erhålls en minskning av kol med 3,1
procentenheter.
- Mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön erhålls en minskning av kol med 1,3
procentenheter.
- Procentuella medelvärdet av kväve varierar mellan 1,03–0,76 %.
- Mellan provpunkterna Myren och Följesjön erhålls en ökning av Kväve med 0,27
procentenheter.
- Mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön erhålls en minskning av kväve med
0,2 procentenheter.
- Kvoten kol-kväve minskar med 10,9 procentenheter mellan provpunkterna Myren
(startpunkt) och Skottenesjön (sista punkten).
- Mellan provpunkterna Myren och Följesjön erhålls en minskning av kvoten kol-kväve
med 15,7 procentenheter.
- Mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön erhålls en ökning av kvoten kolkväve
med 4,8 procentenheter.
17

Totala massan kol och kväve (se tabell 12) beräknas genom att erhållna värden ur tabell 3
multipliceras med erhållna C- och N-procentvärden ur tabell 10.
Tabell 12. Erhållen totala massakol och kväve för respektive provpunkt.
Provpunkt Fraktion
[µm]
Myren
Följesjön
Skottenesjön
Kol
[mg/l]
Kväve
[mg/l]
> 5,0 35 0,8
0,45–5,0 35 0,8
0,20–0,45 29 0,6
< 0,20 29 0,6
> 5,0 23 0,7
0,45–5,0 21 0,7
0,20–0,45 23 0,7
< 0,20 22 0,9
> 5,0 30 0,8
0,45–5,0 28 0,8
0,20–0,45 25 0,7
Följande resultat har erhållits:
< 0,20 27 0,9
- Kolmassan varierar både mellan och inom provpunkterna.
- Mellan Myren och Följesjön minskar kolmassan.
- Mellan Följesjön och Skottenesjön sker en ökning av kolmassan.
- Kväve varierar både mellan och inom provpunkterna.
- Trots kvävets variationer inom provpunkten är de rätt konstant:
- Vid provpunkt Myren ligger kväve på 0,8 mg/l med två fraktioner på 0,6 mg/l.
- Vid provpunkt Följesjön ligger kväve på 0,7 mg/l med en fraktion på 0,9 mg/l.
- Vid provpunkt Skottenesjön varierar kvävet mellan 0,7-0,9 mg/l.
18

Årsflux av kol (se tabell 13) beräknas genom totala kolmassan multipliceras med antaget
vatten medelflöde. Antagna vatten medelflöden sätts till 10, 40 och 150 liter per sekund. En
jämförelse av provpunkternas beräknade årsflux i fraktion < 0,20 redovisas i figur 7.
Tabell 13. Beräknad årsflux av kol med antagna medelflöden om 10, 40 och 150 liter per sekund.
Provpunkt Fraktion
[µm]
Myren
Följesjön
Skottenesjön
Följande resultat har erhållits:
Medelflödet 10 l/s
[ton/år]
19
Medelflödet 40 l/s
[ton/år]
Medelflödet 150 l/s
[ton/år]
> 5,0 110,376 441,504 1 655,64
0,45–5,0 110,376 441,504 1 655,64
0,20–0,45 91,4544 365,8176 1371,816
< 0,20 91,4544 365,8176 1371,816
> 5,0 72,5328 290,1312 1087,992
0,45–5,0 66,2256 264,9024 993,384
0,20–0,45 72,5328 290,1312 1087,992
< 0,20 69,3792 277,5168 1040,688
> 5,0 94,608 378,432 1 419,12
0,45–5,0 88,3008 353,2032 1324,512
0,20–0,45 78,84 315,36 1 182,6
< 0,20 85,1472 340,5888 1277,208
- Inom vattensystemet Skogaryd minskar årsfluxet av kol mellan provpunkt Myren
(startpunkt) till Skottenesjön (sista punkten).
- Mellan provpunkterna Myren och Följesjön sker en minskning i årsfluxer.
- Mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön sker en ökning av årsfluxet.

Figur 7. Jämförelse mellan provpunkternas årsflux av kol i fraktion < 0,20, med medelflöden på 10, 40 och
150 liter per sekund.
3.6 Temperatur och pH bestämning
Ytvattentemperatur och pH för samtliga provpunkter redovisas i tabell 14.
Tabell 14. Temperatur och pH för samtliga provpunkter.
Provpunkt Temperatur
[°C]
pH
Myren 14,7 6,16
Följesjön 16,7 5,97
Skottenesjön 14,6 6,55
20

4 Diskussion
Syftet med studien, att analysera förändringar i sammansättning och halt av DOC från ett
vattensystem i ett borealt skogslandskap vid Skogaryd samt bedöma om detta är en lämplig
analysmetod, har uppnåtts.
Utifrån erhållna resultat kan man se en förändring i sammansättningen av DOC i
vattensystemet vid Skogaryd från vattnets startpunk och dess väg genom skogslandskapet.
Dessa resultat är dock inte tillförlitliga då det förekom problem vid analys på NMR Centrum.
Huruvida NMR-analys är en lämplig analys metod diskuteras i kapitel 4.1.2.
4.1 Utvärdera analysmetod
Under arbetets gång har brister med analysmetoden identifierats. Studiens resultat har sats i
relation till tidigare liknade forskning.
4.1.1 Provvolym
Lämpar sig en provvolym om 100 ml för denna typ av undersökning? I denna studie användes
en total vattenvolym om 2 liter per provpunkt och en provvolym om 100 ml per prov. Vid en
ökning av provvolymen minimeras den procentuella påverkan på resultatet som små bortfall
av provmassan i absoluta tal skulle ge upphov till. Om provvolymen ska vara 1 liter, 10 liter
eller mer är något som behöver utredas ytterligare. Ytterligare en anledning till att
provvolymen bör ökas är att erhållen provmassa ökar. Utifrån erhållna resultat är en
provvolym på 1 liter per prov rimligt. En tiopotens i ökning av provvolymen bör generera i en
tiopotens i ökning av provmassan. De olika analyserna gynnas av tillgången på mer
provsubstrat. Det är enbart NMR-analysen som har en övre max vikt på 20 µg, då rören inte
rymmer mer
I en studie utförd av Esteves et al. (2009) där olika akvatiska miljöer undersöktes med syfte
att jämföra humusämnen från öppna havet, flodmynningar och söttvatten användes en total
vattenvolym om 4 610 liter insamlat havsvatten. Dock saknas uppgifter om exakt använda
provvolymer. Utifrån Esteves et al. (2009) studie kan man anta att totala provvolymen bör
ökas.
Vid en utökad insamlad vattenvolym kan problem som hur vattenprovtagningen skall ske
samt hur man hanterar vattenvolymerna uppstå. I det aktuella provtagningsområdet är det
svårt att använda sig av större provtagningsutrustning som båt och stora förvaringskärl,
pågrund av att vattenprovtagningen sker i ett dike. Ett annat tänkbart problem är om det ens
går att få fram så stora vattenvolymer, inom rimlig provtagningstid, från samtliga
provpunkter.
Den av mig valda provvolymen är acceptabel men det hade varit positivt med större
provvolym.
21

4.1.2 NMR-analys
NMR-analys valdes för dess förmåga att särskilja de ingående ämnena i provmassan. Detta
redovisas i 3.4. Estevens et al. (2009) använder sig av NMR-analys som en metod i den
jämförande studien: Karakterisering av humusämnen i öppna havet, flodmynning och
söttvatten. Även Abdulla et al. (2010) använder sig av NMR-analys i studien: Förändringar i
klass sammansättningen av löst organiskt material längs en flodmynning: en studie
användandes FTIR och NMR-analys. Utifrån Esteves et al. (2009) och Abdulla et al. (2010)
forskning kan slutsatsen dras att NMR-analys är en lämplig analysmetod för att erhålla
resultat om DOC.
I denna studie har NMR-analys inte kombinerats med andra analysmetoder. Abdulla et al.
(2010) kombinerar NMR med Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR-analys för att
erhålla tydligare resultat. Med tanke på osäkerheten i mina resultat kan man anta att de hade
varit klokt att även här kombinera NMR med ytterligare analysmetod, exempelvis FTIR. Det
vore intressant att jämföra här presenterade resultat med dessa studier. Detta för att se om man
kan dra några slutsatser om sammansättning och halt av DOC.
4.2 Utvärdera resultatens giltighet
Ett trovärdigare resultat hade erhållits om NMR- analysen genomförts på en större mängd
provmassa än den som användes. I detta fall fylldes analysrören som rymmer 20 µl enbart till
1 /3-½ av rörets totala volym, då provmassan inte räckte till mer. Driftansvarig
rekommenderade en större mängd provmassa än den som användes. Då en större mängd
provmassa ger en tydligare signal i spektrometern och därmed ett tydligare spektrum. På
grund av detta bör större provvolymer användas så mer provmassa erhålls och man kan
därmed fylla hela provröret om 20 µl.
Studien synliggör att mellan provpunkterna Myren och Följesjön finns en kolförlust i absoluta
tal, (milligram per liter). Medan det mellan provpunkterna Följesjön och Skottenesjön sker ett
tillskott av kol. Möjlig förklaring till kolförlusterna mellan provpunkterna Myren och
Följesjön kan vara nedbrytning av kolföreningarna. Koltillskottet mellan provpunkterna
Följesjön och Skottenesjön kan komma sig av att vattnet däremellan passerar genom
dränerade organiska marker och på så sätt tillförs kol. Dock går det inte med säkerhet att säga
vad kolförlusterna och koltillskottet beror på före ytterligare undersökningar inom
vattensystemet Skogaryd har genomförts.
Utifrån denna studie har årsflux av kol ut ur vattensystemet Skogaryd beräknats. Beräkningar
grundas på antagande om vattenflöden om 10, 40 och 150 l/s. Dessa flöden är troliga men de
är lågt satta och troligen förekommer större flöden.
22

4.3 Framtida arbete
Under arbetet med denna studie har jag identifierat ett antal intressanta frågeställningar. Dessa
kan delas in i två grupper, de som är nära knutna till det jag gjort samt sådan som inte direkt
hänger samman med det här redovisade arbetet.
Framtida arbete i anknytning till examensarbetet:
- På grund av osäkra resultat bör fler undersökningar genomföras för att erhålla
statistiskt säkerställda resultat. Antalet provpunkter samt volymen inhämtat provvatten
bör då utökas. Mer precist, skulle ytterligare undersökningar kunna säkerställa
orsakerna till kolförlusten mellan Myren och Följesjön samt koltillskottet mellan
Följesjön och Skottenesjön.
- Få fram eventuella säsongsvariationer, se hur årstiderna inverkar på DOC flödet,
koncentration och sammansättning.
Övriga förslag på framtida arbeten inkluderar:
- Analysera huruvida variationen i markanvändning inom det undersökta
avrinningsområdet inverkar på sammansättningen av DOC.
- Undersöka om transporten av DOC har någon påverkan på klimatförändringar.
5 Slutsatser
I och med detta arbete har ett antal slutsatser kunnat fastställas:
- Erhållen provmassa varierar både mellan och inom provpunkterna
- Korrelation mellan de uppmätta värdena och uppskattade värdena är svaga.
- Påtagliga störningskällor finns.
- Totala vattenvolymen och provvolymen behöver ökas.
- Genom NMR-analys erhålls en fördelning av de funktionella grupperna, som tydliggör
bilden över DOC sammansättningen.
- Tidigare studier har använt NMR-analys som en av flera analysmetoder och erhållit
resultat gällande DOC sammansättningen. Från dessa studier kan slutsatsen dras att
NMR-analys är en lämplig analysmetod.
Tackord
Jag vill tacka mina handledare Leif Klemedtsson och Robert Björk, vid institutionen för växt
och miljövetenskap. Ett tack till Cecilia Persson på Svenskt NMR centrum för analys av
proverna samt svar på mina frågor. Ett tack till Stellan Gedell, Tobias Gedell och Johanna
Saltberg, samt till alla på institutionen för växt- och miljövetenskap som på ett eller annat sätt
har hjälpt mig i mitt arbete.
23

Referenser
Abdulla, H.A.N, Minor, E.C., Dias, R.F. Hatcher, P.G. (2010) Changes in the compound
classes of dissolved organic matter along an estuarine transet: A study using FTIR and 13 C
NMR, Geochimica et Cosmochimica Acta 74, 3815-3838.
Bastviken, D., Tranvik, L.J., Downing, J.A., Crill, P.M., Enrich-Prast, A. (2011) Freshwater
Methan Emission Offset the Continental Carbon Sink, Science 33, 50.
Denman, K.L., G. Brasseur, A. Chidthaisong, P. Ciais, P.M. Cox, R.E Dickinson, D.
Hauglustaine, C. Heinze, E. Holland, D. Jacob, U. Lohmann, S Ramachandran, P.L. da Silva
Dias, S.C Wofsy. Zhang, X.(2007) Couplings Between Changes in the Climate System and
Biogeochemistry In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of
Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate
Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor
and H.L Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Crambrige, United Kingdom and New
York, NY, USA.
Esteves, V.I., Otero, M., Duarte, A.C. (2009) Comparative characterization of humic
substances from open ocean, estuarine water and fresh water, Organic Geochemistry 40, 942-
950.
Göteborgs Universitet 2011
http://www.dpes.gu.se/forskning/ekofysiologi_biogeokemi/, hämtat 2011-08-18
http://www.dpes.gu.se/forskning/ekofysiologi_biogeokemi/forskningsplats/Skogaryd/, hämtat
2011-08-16
http://www.dpes.gu.se/forskning/ekofysiologi_biogeokemi/projekt/lagge/, hämtat 2011-08-16
Hansson et al. 2009 (Ska den stå med? Är inte med för de andra)
Hansson, L.-A., Brönmark, C., Carlsson, P., Collvin, L., Granéli, W., Kritzberg, E., Nicolle,
A., Persson, A., Sorby, L., Hallgren, P. (2009), Vårt framtida vatten är varmt och brunt,
Miljöforskning 2/2009.
Metria. https://metria.se hämtat 2011-11-06
Nationalencyklopidin 2011 http://www.ne.se.ezproxy.ub.gu.se/lang/nmr, hämtat 2011-09-06
NOAA (2011) Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL,
http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/global.html, hämtat 2011-11-22
Roulet, N., Tim R. Moore, T.R. (2006) Environmental Chemistry Browning the Waters
Nature 444, 283-284.
24

Sjögersten, S., Turner, B.L., Mahieu, N., Condrons, L.M., Wookey, P.A. (2003) Soil organic
matter biochemistry and potential susceptibility to climate change across the forest-tundra
ecotone in the Fennoscandian mountains, Global Change Biologi 9, 759-772.
SMHI (2008)
http://www.smhi.se/forskning/forskningsomraden/klimatforskning/ec-earth-1.407, hämtat
2011-12-08
Sonesten, L. (2010) Belastning- brunifiering av vårt vatten, Havet 2010, 15-16 Utgivare:
Naturvårdsverket och Havsmiljöinstitutet
Vattenmyndigheten i Södra Östersjöns vattendistrikt vid Länsstyrelsen Kalmar län (2010)
Åtgärdsprogram Södra Östersjöns Vattendistrikt 2009-2015, Tabergs tryckeri, januari 2010
25

Bilaga A
Bilaga A. Karta över provtagningsområdet. Provpunkten Myren är markerad med grön ring, provpunkt
Följesjön är markerad med röd ring och provpunkt Skottenesjön är markerad med mörkblå ring. Kartan
är hämtad från Metria 2011-11-06.
26