Geokemisk sammansättning
Jordmånens sammansättning är en mångdimensionell helhet. Geokemisk komparativ forskning har utförts i Europa av EuroGeoSurveys (Association of the Geological Surveys of Europe). Den europeiska geokemiska atlasen färdigställdes i medlet av 2000-talet.[1] Den nyaste omfattande utredningen behandlar i synnerhet den geokemiska sammansättningen i de europeiska jordbruks- och betesmarkerna. Denna utredning är den första av sitt slag. För första gången kartlades spårämnen och metaller i jordbruks- och betesmarken utifrån ett fullständigt harmoniserat och kvalitetskontrollerat material[2] i hela Europa.
Under år 2008 och början av år 2009 insamlades sammanlagt 2 108 prover från jordbruksmarker (jordbearbetningsdjup på 0-20 cm) och 2 023 prover från varaktiga betesmarker (från ett djup på 0-10 cm). Prover togs från rutor på 50 km x 50 km, dvs. 1 st./2 500 km2 från sammanlagt 33 europeiska länder. Provtagningsområdet omfattade sammanlagt 5,6 miljoner km2. Alla prover torkades och siktades till en kornstorlek under 2 mm och analyserades med hjälp av kungsvattenlakning. Resultaten publicerades i två böcker år 2014.[3]
Halterna av många grundämnen (t.ex. As, Cd, Co, Cu, Mn, Pb) är i jordmånen i norra Europa till och med tre gånger lägre än i de sydvästra och södra delarna av Europa. Halterna ändras i typfallet vid den södra gränsen för istidsglaciären, varför de största orsakerna har en direkt geologisk koppling. Jordmånsproverna från jordbruks- och betesmarkerna har så gott som identiska geografiska haltfördelningar i Europa och jämförbara grundämneskoncentrationer. Områden med förhöjda metallhalter kan oftast identifieras och kopplas till kända mineraliserade zoner och gamla gruvområden.
Koncentrationer av kadmium och bly i europeiskt jordbruksland [4]
Bildandet av selen- eller svavelhalten har påverkats av det maritima klimatet på kustområdena (selen- och svavelkartor).
Koncentrationer av selen och svavel i europeiskt jordbruksland [4]
De regionala fördelningsmodellerna för flera grundämnen, såsom kvicksilver, svavel och selen, är kraftigt kopplade till den organiska jordmånen. Till exempel i Finland finns det i stor utsträckning odlingsmarker av torv- och kärrursprung, vilka enkelt binder ovan nämnda ämnen. Anomalierna på TOC-kartan i Finland förklaras med att jordbruksmarken innehåller organiskt kol, som enkelt binder kvicksilver i luftnedfallet.
Koncentrationer av kvicksilver och organiskt kol (TOC, Total Organic Carbon) i europeiskt jordbruksland [4]
Vissa av de största städerna (t.ex. London, Paris) urskiljer sig till exempel på kvicksilver- och blykartorna, men konsekvenserna av mänsklig aktivitet syns i typfallet inte i de lågfrekventa provnätverk som skapats inom ramen för GEMAS-projektet. För att urskilja detta behövs kartläggningar som grundar sig på avsevärt större provfrekvenser. Ett område på så gott som 80 km x 60 km runt Berlin undersöktes på 1990-talet med en provfrekvens på så gott som 1 st./km2, i vilket man upptäckte stora förekomster av kadmium, bly, zink, koppar och kvicksilver inom områden för metall- och stålindustrin, den byggmaterialsproducerande industrin och stora gårdar som använt reningsverksslambaserade näringsämnen.[5]
Vissa metaller såsom zink eller koppar är spårämnen, och små mängder av dessa är nödvändiga för alla organismer och människor, men stora mängder är skadliga. På europeisk nivå innehåller den finländska jordmånen genomsnittliga halter av koppar och zink. Fluor i dricksvattnet är ett bra exempel på samma fenomen, tillägg av fluor behövs för tänderna, men en större halt i dricksvattnet kan göra skelettet skörare.
Koncentrationer av koppar och zink i europeiskt jordbruksland [4]
Utifrån resultaten av GEMAS-forskningen är det inte möjligt att dra direkta slutsatser om halterna av tungmetaller i de växter som odlas i de olika europeiska länderna. De halter som fastställdes med de metoder som användes i studien (kungsvattenlösning och liten kornstorlek) låg nära totalhalterna för grundämnen i jordmånen, men i vilken mån dessa kumuleras i växter kan variera enligt jordart. Till exempel i de nordiska länderna finns det i hög grad lerhaltiga åkrar, som naturligt innehåller mycket metaller. De kan dock nödvändigtvis inte enkelt användas av växterna och olika växter tar spårgrundämnen från jordmånen på olika sätt. GEMAS-kartorna ger dock en fingervisning om att vissa metallers högre förekomstnivåer mer sannolikt kan orsaka högre halter i växterna än lägre förekomstnivåer.
Ämnen som kumuleras och läggs till i jordmånen
Åkermarkens renhet påverkas också av de gödselmedel och de bekämpningsmedel som lagts till i den. Vid sidan om växtskyddsmedel (Volym på användningen av växtskyddsmedel) och gödselmedel sprider man på åkrarna gödsel som bildats i husdjursproduktionen och olika organiska gödselpreparat, vars råvara kan vara till exempel slam från avloppsvattenreningsverk.
Tungmetallhalterna i gödselmedlen är i allmänhet välkända. Den finländska förordningen om gödselfabrikat fastställer gränsvärden för tungmetaller, gödselmedel får inte säljas om halterna överskrider gränsvärdena. Maximihalterna för kadmium har fastställts också i EU, eftersom den kan nå jordmånen uttryckligen tillsammans med fosforgödselmedel och i mindre mängder via luftnedfallet. De tillåtna maximimängderna i gödselmedlen har varierat enligt land, och det finländska gränsvärdet 22 mg/kg P2O5, hör till EU:s striktaste (JSM:s förordning 24/11, s. 24). Med EU:s nya förordning[6] tar man i bruk striktare gränsvärden för kadmiumhalten för fosforgödselmedel i syfte att minska hälso- och miljöriskerna.[7] I fosfatet i Siilinjärvigruvan finns det avsevärt mindre kadmium än i de flesta stora fosfatgruvorna i världen.
Granskningen av nuläget för näringskretsloppet gjordes på våren 2017 som ett samarbete mellan olika LYNET-anstalter (Luke, Evira, SYKE och VTT) (Marttinen m.fl. 2017). Enligt utredningen bildas i Finland cirka 17 miljoner husdjursgödsel årligen. Av gödslet sprids 95% på åkrarna obehandlat som gödselmedel, medan andelen för processerat gödsel är enbart 5%. Överhuvudtaget har det kväve och den fosfor som lagts till i den finländska jordbruksmarken sitt ursprung i tre huvudkällor.
Beräknad total användning av fosfor och kväve (t/år) i finska jordbruket, 2014-2016
| Användning av fosfor | Användning av kväve | |
| Oorganiska gödningsmedel | 11 300 | 148 000 |
| Gödsel | 19 300 | 76 000 |
| Kierrätysravinteita sisältävät lannoitevalmisteet | 170 | 4 000 |
| Totalt (t/år) | 32 300 | 228 000 |
Källa: Marttinen, S. m. fl. (2017) Kohti ravinteiden kierrätyksen läpimurtoa: Nykytila ja suositukset ohjauskeinojen kehittämiseksi Suomessa, Naturresursinstitutet, 45/2017, 45 s. Länk till rapporten
Den gödselmängd som uppkommer är jämförbar med storleken på varje lands husdjurssektor, i praktiken med antalet produktionsdjur. Det gödsel som bildats sprids i allmänhet som näring i åkermarken i alla länder. Väldigt husdjursproduktionsintensiva områden, såsom Belgien, Nederländerna och nordöstra Tyskland, måste avlägsna gödselnäring (bl.a. som molekylärt kväve i atmosfären eller med förbränning) eller transportera det obehandlat eller processerat utanför landets gränser, eftersom det egna behovet av gödselnäring och de fastställda begränsningarna för utspridning av gödsel överskrids. I många länder finns det områden med tät husdjursproduktion, där det finns för mycket gödsel sett till behovet, även om det finns ett tillräckligt behov av gödselnäring i hela landet. Regionala tryck har uppkommit i och med att husdjursproduktionen koncentrerats också i Finland. Områden med överskott av gödselnäring, främst fosfor, är Österbotten, Södra Österbotten, Satakunta och Egentliga Finland. Cirka 20 % av gödselfosforn i Finland uppkommer i områden där dess mängd överstiger växternas behov. Gödselfosfor borde transporteras till övriga områden för att ersätta sedvanliga icke-organiska fosforgödselmedel. Transporten kräver i allmänhet processering.[8]
Den nationella lagstiftningen påverkar utnyttjandet av gödsel och de i föreskrifterna tillåtna utbredningsmängderna varierar enligt land, liksom också gödselvolymen och näringshalterna. För tillfället finns inte tydliga statistiska jämförelser tillgängliga avseende dessa. Nitratdirektivet torde vara den tydligaste gemensamma författningen för EU-länderna, men den täcker en väldigt varierande del av de olika länderna, då hela landet omfattas av direktivet i vissa länder, medan enbart vissa områden i andra. Också det nationella genomförandet av direktivet varierar.
Tungmetallhalterna varierar mellan gödsel och reningsverksslam. Enligt en internationell översikt har slam från reningsverk i allmänhet högre tungmetallhalter än gödsel.[9] I en jämförelse mellan Finland, Sverige och Tyskland har man i allmänhet i gödsel hittat högre tungmetallhalter än i superfosfater (med undantag för kadmium), medan man i slam från reningsverk hittade högre halter än i gödsel. Produktionsdjurgödslet i de tre olika länderna hade väldigt likadana tungmetallhalter, enbart vad gäller zink påträffades högre halter i gödslet från Sverige.[10]
Inom ramen för MTT:s Biosafe-projekt utreddes sambandet mellan halterna av skadliga föreningar och medicinrester i biogasanläggningarnas råvaror och behandlingsrester. Inget tydligt samband har påträffats mellan en skadlig organisk förening eller föreningsgrupp och ett enskilt inflöde. Skadliga organiska föreningar påträffades i slutprodukterna, oberoende av om råvaran utgjordes av reningsverksslam, kommunalt bioavfall, biprodukter av livsmedelsindustrin eller gödsel. Det såg ut som om biogasanläggningens inflöde hade en större inverkan på medicin än på övriga organiska skadliga ämnen. Ju större andel reningsverksslam i inflödet, desto högre halter av flera mediciner i rötningsresterna. I synnerhet antibiotika och parasitmedicin[11], vars användning dock är måttlig i Finland i jämförelse med många andra länder, når biogasanläggningarna med djurgödsel (Användning av antibiotika).
Förutom genom jordbruksanvändning av gödselpreparat når skadliga kemikalier jordmånen via luftnedfallet. Enligt resultaten av BIOSAFE-projektet orsakade utspridning på åkrarna och luftnedfall en jordmånsbelastning av samma storleksklass bland de största undersökta kemikaliegrupperna. Utifrån de kalkyler som grundar sig de finländska haltdefinitionerna av slam och rötningsrester är den belastning av exogena ämnen som orsakas av jordbruksanvändningen av materialet avsevärd stor i jämförelse med luftnedfallet, i synnerhet vad gäller PBDE-föreningar (400–5 700-faldig). Också den belastning för PCB-föreningar som orsakas av slamutspridning kan vara hundrafaldig i förhållande till belastningen av luftnedfallet och tiofaldig vad gäller PFAS-föreningar.[12]
Inom ramen för RUSSOA-projektet fastställdes halter av skadliga ämnen bl.a. från jordmånen i områden där slampreparat utnyttjats. De observerade halterna översteg referensområdet avsevärt vad gäller PBDE-föreningar, läkemedel DEHP.[13]
Slam från reningsverk bedöms innehålla vissa skadliga organiska föreningar i högre grad än gödsel av produktionsdjur. Till exempel kan det förmodas att halterna av brandskydds- och ytbehandlingsmedel är lägre i gödsel än i kommunalt slam. Därtill kan förekomsten av läkemedel avvika mellan gödsel och slam från reningsverken. I en europeisk jämförelse ges i Finland måttligt med antimikrobiella läkemedel till produktionsdjur, och dessa är smalspektriga (Användning av antimikrobiella läkemedel), medan antimikrobiella läkemedel skrivs ut med lägre tröskel för människor.[14] Från reningsverksslam hittas förutom många former av medicinrester rester av olika organiska föreningar, såsom flamskyddsmedel o.d. rester, som har sitt ursprung i hushåll och industrin. Därtill innehåller slam från reningsverk mikroplast. Enligt bedömningarna orsakar textiltvätt årligen en last på 154 ton av konstfiber för finländska avloppsreningsverk.[15] Av denna massa har det uppskattats att cirka 99 % binds i det slam som uppkommer.[16] Grovt sett kan det bedömas att av den slammassa på 150 000 ton som uppkommer årligen i Finland är hela 150 ton, det vill säga en tusendel, mikroplast som frigörs från textiler av konstfiber. När mikroplastbelastningen från övriga källor beaktas, kan det förmodas att den verkliga belastningen överträffar denna uppskattning.
EU-direktivet 86/278, som gäller skydd av jordmånen vid användning av avloppsslam i jordbruk, fastställer gränsvärden för tungmetaller. Den finländska förordningen om gödselfabrikat fastställer lägre gränsvärden, som är bland de strängaste i Europa.[17] Tungmetallhalterna i det kommunala slam som återfanns i jordbruksanvändning utreddes under slutet av 2000-talet i en rapport av EU-kommissionen. De sammanräknade värdena av Finlands sex deltal var de lägsta i jämförelsen. Också vad gäller alla enskilda tungmetaller, förutom koppar, påträffades lägre halter i Finland.
Tungmetallhalt i slam applicerat på fält (mg/kg fasta ämnen), 2006
Källa: Salado, R. et al. (2010) Environmental, economic and social impacts of the use of sewage sludge on land, Final Report, Part II: Report on Options and Impacts, European Commission, Länk till rapporten
Användningen av slam från reningsverk på åkermark är en av de få omständigheter som påverkar jordmånens kvalitet och renhet och för vilken internationell jämförelsestatistik är tillgänglig. I de olika europeiska länderna är variationen avsevärd, av slammet styrs 0–90 % till jordbruksanvändning. Nollnivån i Nederländerna och Schweiz förklaras med att det är förbjudet eller att merparten av slammet bränns. Förbränning är ett av de vanligaste sätten att behandla kommunalt slam. Övriga metoder i Europa utgörs av kompostering, rötning, deponiplacering, grönanläggningar, landskapsplanering och annan användning. I den officiella statistiska jämförelsen för 2000-talet återfinns Finland bland de låga jordbruksanvändarna med 5%.
Vattenverksföreningens färska utredning[18] på hösten 2017 avslöjade dock ett statistikfel. I verkligheten hamnade en tredjedel av det finländska slammet på åkrarna år 2015 och hela 40% år 2016. Den felaktiga uppfattningen berodde delvis på att tidigare meddelade vattenverken jordbruksanvändningen av slam enbart om slutanvändaren tydligt ägare av gården. Partier som nådde åkrarna via verk som processerade slam registrerades nödvändigtvis inte som jordbruksanvändning. Den nya utredningen grundade sig på en direkt enkät till behandlingsverken, vars sammanräknade behandlade slammängd uppgick till ungefär 150 tusen ton, som grovt räknat är den mängd som årligen kumuleras i Finland Med andra ord är enkätens täckning ostridig. Kontrasten mellan den gamla och nya statistiken förklaras också av den senaste tiden ändringar på slammarknaden. Det har uppstått att hitta nya sätt att utnyttja kommunalt slam, eftersom det i och med det deponiförbud som gäller organiskt avfall inte längre är möjligt att använda reningsverksslam i täcklagren på deponierna. Behovet av beklädnad av deponierna har minskat också då avfallet oftare styrts till förbränning. Byggandet och idrifttagandet av stora biogasanläggningar som samlar råvaror från ett stort område har också ökat jordbruksanvändningen av slam.
Jordbruksanvändning av avloppsslam i olika lander
Källa: Eurostat, Sewage sludge production and disposal data [env_ww_spd]. Anm.: Siffrorna är från 2010 till 2015, det sista tillgängliga året för varje land.
Korrigering av statistiken innebär att Finland flyttar upp rejält från länder med låg användning av gödselfabrikat som är baserade reningsverksslam. I jämförelsegruppen på bilden fanns det enbart tio länder där jordbruksanvändningen av slam överstiger 40%.
Rapportresultaten ökade den offentliga debatten i Finland. För tillfället är det inte exakt känt i vilken mån medicinrester och kemikalier ackumulerats i åkerväxter eller vart det mikroplast som nått marken med slammet hamnar, och överhuvudtaget hur stor riskfaktor användning av slam i jordbruk är. Osäkerheten ökas av att gränsvärden inte fastställts för medicinrester eller andra kemikalier. Flera aktörer inom livsmedelskedjan, spannmålshandels- och industriföretag beslöt att begränsa eller helt förbjuda köp av spannmål från åkrar på vilka slambaserade produkter använts som gödselmedel. Begränsningarna gällde framför allt livsmedelsspannmål och importerat spannmål.
Volymen på användningen av avloppsvattenslam i jordbruk i proportion till den tillgängliga jordbruksmarken ger en bild av mängden på det avloppsvattenslam som bildas i marken i proportion till åkerarealen. Vad gäller Finland användes i bilden i den färska rapporten siffran från år 2015. Följaktligen låg den genomsnittliga användningsgraden av kommunalt slam i jordbruk på ungefär 22 kg/ga, på samma nivå som i övriga nordiska länder, med undantag för Norge. I verkligheten är användningsvolymerna enligt hektar förstås mycket större i alla länder, eftersom slambaserade produkter sprids ut enbart på en liten begränsad åkerareal.
Genomsnittlig avloppsslam användning inom jordbruket (kg/ha); total användning av avloppsslam per utnyttjad jordbruksareal
Källa: egna beräkningar baserad på Eurostat, Sewage sludge production and disposal data [env_ww_spd] and Utilised Agricultural Area [apro_acs_a]. Anm .: Siffrorna är från 2010 till 2015, det sista tillgängliga året för varje land.
Styrningen av slam från åkrarna till grönanläggningar eller rekreationsområden är svaret på den oro som gäller livsmedelssäkerheten, men den kan också öka de risker som gäller jordmånen och miljön. Om användningen av slam minskar i jordbruket, måste beaktansvärda alternativ hittas för utnyttjandet av slam. Den finländska teknologindustrin har innovativa lösningar och sådana hittas säkert också i fortsättningen.[19]
Den finländska jordmånen är mätt med många nyckeltal en av de renaste i Europa. Föreskrifterna om de tungmetallhalter som ingår i den näring som sprids på åkern är strikta. Vad gäller organiska föreningar och vissa kemikalier behövs dock omfattande internationella jämförelser.
Referenslista
[1] Salminen, R. (ed) Geochemical Atlas of Europe, FOREGS, Länk
[2] Alla prover togs inom en kort tid genom att använda liknande provtagningsredskap och -metoder. Provtagningsplatserna var jämnt fördelade över Europa och alla prover analyserades i samma laboratorium. Kvaliteten säkerställdes och dokumenterades med en strikt extern kvalitetskontroll. Mer information
[3] Reimann C., Birke, M., Demetriades, A., Filzmoser, P., O’Connor, P. (2014) Chemistry of Europe’s Agricultural Soils, Part A Methodology and Interpretation of the GEMAS Data Set, 523 pages; Part B: General Background Information and Further Analysis of the GEMAS Data Set, 352 pages, Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.
[4] Source of all maps on this page: Data DVD Reimann, C., Birke, M., Demetriades, A., Filzmoser, P. & O’Connor, P. (eds.) ”Chemistry of Europe’s Agricultural Soils. Part A”; Geol. Jb., B 102; © 2014, BGR, Hannover, Germany.
[5] Birke, M. & Rauch, U. (2000) Urban Geochemistry: Investigations in the Berlin Metropolitan Area,Environmental Geochemistry and Health (2000) 22:233, Kluwer Academic Publishers.
[6] Den nu gällande författningen är Europaparlamentets och rådets förordning (EG) nr 2003/2003 om gödselmedel..
[7] Press release of European Council, EU fertilisers: Council agrees terms of mandate, Länk
[8] Marttinen, S., Venelampi, O., Iho, A., Koikkalainen, K., Lehtonen, E., Luostarinen, S., Rasa, K., Sarvi, M., Tampio, E., Turtola, E., Ylivainio, K., Grönroos, J., Kauppila, J., Koskiaho, J., Valve, H., Laine-Ylijoki, J., Lantto, R., Oasmaa, A., zu Castell-Rüdenhausen, Malin. (2007) Kohti ravinteiden kierrätyksen läpimurtoa: Nykytila ja suositukset ohjauskeinojen kehittämiseksi Suomessa, Natural Resources Institute Finland, 45/2017, 45 p. Länk
[9] Bloema, E., Albihn, A., Elving, J., Hermann, L., Lehmann, L., Sarvi, M., Schaaf, T., Schick, J., Turtola, E. & Ylivainio, K. (2017) Contamination of organic nutrient sources with potentially toxic elements, antibiotics and pathogen microorganisms in relation to P fertilizer potential and treatment options for the production of sustainable fertilizers: A review, Science of the Total Environment 607–608 (2017) 225–242, p. 227.
[10] Sarvi, M., Ylivainio, K., Turtola, E. (2017) Report on environmentally relevant heavy metals in P-fertilizer materials, Länk
[11] Marttinen, S., Suominen, K., Lehto, M., Jalava, T & Tampio, E. (2014) Haitallisten orgaanisten yhdisteiden ja lääkeaineiden esiintyminen biokaasulaitosten käsittelyjäännöksissä sekä niiden elintarvikeketjuun aiheuttaman vaaran arviointi – BIOSAFE-hankkeen loppuraportti, MTT Reports No 135, Länk till rapporten , s. 51
[12] Kasurinen V., Munne P., Mehtonen J., Türkmen A., Seppälä T., Mannio J., Verta M., Äystö L. 2014. Orgaaniset haitta-aineet puhdistamolietteissä. Finnish Environment Institute, Reports No 6/2014
[13] Fjäder P. 2016. Yhdyskuntajätevesilietteiden maatalouskäytön ja viherrakentamisen riskit – RUSSOA I-III Loppuraportti. Finnish Environment Institute, Reports No 43/2016 [14] Finland was situated to the middle of the ranking of ECDC (European Centre for Disease Prevention and Control), which included 30 European countries by their human use of antibiotics. Eleven countries had less antibiotic use than Finland in 2015. Länk till rapporten
[15] Sillanpää M., Sainio P. 2017. Release of polyester and cotton fibers from textiles in machine washing. Environ Sci Pollut Res 24: 19313-19321.
[16] Talvitie, J., Mikola, A., Setälä, O., Heinonen, M., Koistinen, A. 2017. How well is microlitter purified from wastewater? A detailed study on the stepwise removal of microlitter in a tertiary level wastewater treatment plant. Water Research 109, 164–172.
[17] European Commission, Disposal and recycling routes for sewage sludge Part 2 – Regulatory report, p. 14
[18] Vilpanen, M. & Toivikko, S. (2017) Nulägesöversikt om behandling och utnyttjande av avloppsslam, Finlands Vattenverksförening r.f., Vattenverksföreningens duplikatserie nr 46, 38 s., Länk till rapporten
[19] Ett nytt exempel är Outotecs investeringar i Zürich, Schweiz. Till artikeln (på finska)
Bilden i övre kant: Csaba Jansik