Eutrofiering

Hvordan påvirker din mad havet? 

Havdyr risikerer at blive kvalt, når næringsstoffer fra vores fødevareproduktion ender i havet, og problemet ser ud til at blive større med klimaforandringerne. Hvordan påvirker næringsstoffer havmiljøet, hvad er eutrofiering, og hvilken rolle spiller din mad? 

”Heste, grise, køer og får”… Danmark er et land med et intensivt landbrug og en årlig svineproduktion på mere end 31 millioner svin. En del af deres afføring bliver spredt som gylle på markerne.

Ligesom almindelig gødning indeholder gylle næringsstofferne kvælstof (N) og fosfor (P), som afgrøderne behøver for at kunne vokse. 

Men afgrøderne kan ikke nå at optage alle de næringsstoffer, der bliver spredt på markerne. I stedet bliver en del af dem ført med regnvand og vandløb ud i havet, hvor de bidrager til eutrofiering, som betyder, at havet får tilført for mange næringsstoffer. 

Se videoen, og bliv klogere på, hvorfor eutrofiering er en af de største udfordringer for Danmarks havmiljø.

Det er ikke kun overskydende næringsstoffer fra fødevareproduktionen, som ender i vores havmiljø, der bliver også udledt næringsstoffer fra spildevand og andre kilder. De ekstra næringsstoffer betyder mere fosfor og kvælstof i havet, men hvordan påvirker det planktonalgers vækst?

For meget af det gode

Hvis en organisme mangler næringsstoffer, bliver dens vækst hæmmet. Sådan er det også for planktonalger, der hovedsageligt får kvælstof (N) fra nitrat (NO₃^-) og fosfor (P) fra fosfat (PO₄^3-). 

Forestil dig en planktonalge, der har rigeligt med sollys, men som mangler kvælstof for at kunne vokse. Man siger, at kvælstof er en begrænsende faktor for væksten.

Klik på filmen nedenfor, og få en forklaring på begrænsende faktorer.

I havet er det ofte kvælstof, der er begrænsende for planktonalgernes vækst, og derfor kan det sætte gang i kraftig algevækst, når vi tilfører for meget kvælstof til et havområde.

Det er naturligvis godt for planktonalgerne at få tilført ekstra kvælstof, men som du kan læse i næste afsnit, kan for kraftig algevækst skabe ubalance i havets økosystemer, så havdyr dør af iltmangel. 

Liglagen og iltsvind på bunden 

Når du nogle gange oplever, at vandet ved stranden er uklart, kan det skyldes for mange planktonalger. Med tiden synker de fleste af planktonalgerne ned gennem vandsøjlen og bliver nedbrudt. Det kan føre til iltmangel ved bunden, særligt i perioder hvor der er springlag. 

Et springlag er et grænselag mellem to vandmasser, som nærmest virker som et låg, der bliver lagt over bundvandet. Konsekvensen er, at der stort set ikke bliver transporteret vand, ilt og andre stoffer mellem den øvre og den nedre vandmasse. 

Det kan give problemer med iltmangel på bunden, fordi det kun er i den øverste del af vandsøjlen, at havvand får tilført ilt fra luften. Typisk er det også i de øvre vandmasser, at planktonalger kan producere ilt ved fotosyntese, fordi lysforholdene er gode. På figur 3 kan du se, at iltmanglen opstår, fordi planktonalgerne synker ned på bunden og bliver nedbrudt sammen med andet dødt organisk materiale under forbrug af ilt. Samtidig bruger havbundens dyr ilt til respiration. 

I værste fald er konsekvensen, at de dyr, der ikke kan flygte, ender med at blive kvalt, og det kaldes for iltsvind. 

Der er iltsvind, når der er mindre end 4 mg ilt pr. liter vand og kraftigt iltsvind, hvis iltindholdet er under 2 mg pr. liter. Til sammenligning så er iltforholdene gode for fisk og smådyr, når der er 8 til 10 mg ilt pr. liter vand.

Når arter forsvinder fra områder med iltsvind, falder biodiversiteten, og det kan tage mange år, før alle de arter, som forsvandt, vender tilbage. I de områder, der bliver ramt af iltsvind gentagne gange, kan der ske en ændring i artssammensætningen, så arter, der er tolerante over for lavt iltindhold, ender med at dominere.

I de tilfælde, hvor iltsvindet er så kraftigt, at ilten helt forsvinder i havbunden, ser man ofte en mælkehvid måtte oven på bunden. Det kaldes et liglagen og består af svovlbakterier, der kan udnytte svovlbrinte (H₂S), som er en gas. 

Liglagenet forhindrer altså giftige gasser fra bunden i at sive op i vandet, men hvor stammer gasserne fra? 

Giftige gasser dræber dyrene

Du har allerede læst, at planktonalger synker ned på bunden og bliver nedbrudt sammen med andet dødt organisk stof. Hvis der er iltmangel på bunden, foregår en del af bakteriernes nedbrydning anaerobt, det vil sige uden ilt. Under de anaerobe forhold bliver der blandt andet dannet svovlbrinte (H₂S), der er giftig for havets dyr, og metangas (CH₄), som også er i dine prutter. 

Nogle af gasserne samler sig som bobler nede i havbunden, og når gasmængden er tilstrækkelig stor, er opdriften fra gasserne så høj, at de stiger op gennem havbunden og hvirvler bundmaterialet op. Derfor kalder man det for en bundvending. 

Konsekvensen er, at svovlbrinte (H₂S) ender i vandet, hvor det forgifter havets dyr eller reagerer med ilt i vandsøjlen, så dyrene i stedet bliver kvalt. 

Det er særligt i sensommeren, at historier om fiskedød, iltsvind og bundvending fylder i medierne.  

Risikoen for iltsvind stiger i sensommeren

Der flere grunde til, at risikoen for iltsvind og bundvending stiger i sensommeren og efteråret. For det første har der været en lang forårs- og sommerperiode, hvor lys ikke har begrænset algevæksten. I næringsstofbelastede havområder betyder det, at døde planktonalger har hobet sig op på bunden, hvor de bliver nedbrudt under forbrug af ilt. 

For det andet er vandtemperaturen højere i sensommeren og efteråret. Jo varmere vand er, jo mindre ilt kan der opløses i det, og derfor er der mindre ilt i vandet. Den tredje grund er, at der er mindre vind til at skabe omrøring, og det betyder, at vandmasserne over og under springlagene typisk ikke bliver blandet op.

Som du kan se på figur 5, ændrer situationen sig i løbet af vinterhalvåret, hvor overfladevandet gradvist bliver afkølet med det resultat, at det bliver tungere og nemmere kan blandes op med vandmasserne under springlaget. Samtidig skaber efterårets storme omrøring i vandmasserne, springlaget forsvinder, og ilt og næringsstoffer bliver fordelt i hele vandsøjlen. På denne tid af året er mangel på næringsstoffer ikke længere en begrænsning for planktonalgernes vækst. Det er lyset til gengæld, og derfor kan planktonalgerne først rigtig udnytte næringsstofferne igen i det tidlige forår.
 

Risikoen for iltsvind afhænger ikke kun af årstiden, fremtidens klimaforandringer kommer også til at spille en vigtig rolle.

Klimaforandringer giver mere iltsvind

Med global opvarmning bliver problemet med iltsvind endnu større, fordi varmere vand indeholder mindre ilt. Samtidig forløber respiration og andre processer i cellerne hurtigere ved højere temperaturer, og derfor får havets organismer brug for mere ilt, når vandtemperaturen stiger. 

Det kan du selv undersøge i laboratoriet.

Global opvarmning kan altså betyde mindre ilt i havet og et større iltforbrug. Det er en uheldig kombination, som kan føre til, at flere dyr kommer til at mangle ilt fremover. 

Risikoen for iltmangel bliver forstærket af, at der i fremtiden vil falde mere regn i Danmark på grund af klimaforandringerne. Det kan betyde, at flere næringsstoffer fra land skyller ud i havet og øger næringsstofbelastningen af vores havområder.

I de mere lukkede dele af de danske farvande som for eksempel Limfjorden har der altid været lidt iltsvind, der er forekommet naturligt. I dag har vi langt mere iltsvind, blandt andet fordi næringsstoffer fra landbruget ender i havet, og samtidig går vi en fremtid i møde, hvor klimaforandringerne øger risikoen for iltsvind.  

Din mad og havet

Du har allerede læst, at gylle og gødning fra landbruget indeholder næringsstoffer, der kan give problemer i havmiljøet, men hvad har det at gøre med din mad? 

Vi har alle brug for at få tilført en vis mængde energi med kosten hver eneste dag. Som tommelfingerregel gælder det, at 90 % af energien går tabt fra et led i fødekæden til det næste led. Da planter udgør det første led i fødekæden, og dyr befinder sig højere oppe i fødekæden, kan vi kan spare på ressourcerne, hvis en større del af vores energibehov bliver dækket af planter i stedet for kød. 

Det kan du få en forklaring på her. 

For mange næringsstoffer fra vores fødevareproduktion truer miljøtilstanden i Danmarks havområder, men hvis vi sørger for, at færre næringsstoffer ender i havet, kan vi bremse eutrofieringen.

Som forbrugere og vælgere har vi mulighed for at påvirke beslutningstagere, og derfor må vi selv tage stilling til, hvordan vores havmiljø skal være fremover.

Til dig med biologi på B-niveau

Som du læste tidligere, spiller kvælstof og fosfor en afgørende rolle for eutrofieringen af vores havområder. Derfor er det vigtigt at forstå, hvordan de to næringsstoffer cirkulerer i det, der kaldes fosfor- og kvælstofkredsløbet.

Fosforkredsløbet 

Fosfor findes i planter, i dyr, i vand, i jord og i hver eneste af dine celler, fordi både DNA, RNA og ATP, der leverer energi i cellerne, indeholder fosfor.

Fosfor er det samme som grundstoffet P og indgår i fosfat (PO₄^3-), der stort set er den eneste form for fosfor, der er tilgængelig for primærproducenter som planktonalger og planter. 

Som du kan se på figur 7, bliver fosfat frigivet fra fosforholdige bjergarter. En del bliver optaget af planter og planktonalger, der behøver fosfat for at kunne vokse. Herfra kan det passere gennem fødekæderne via konsumenter. Når organismer dør og bliver nedbrudt, bliver den fosfat, de har bundet, frigivet og herefter kan den igen optages af levende organismer. 

Da fosfor kan være en begrænsende faktor for afgrødernes vækst, gøder landmændene markerne med kunstgødning, der indeholder fosfat. En del af det fosfat, der ikke bliver optaget af afgrøderne på markerne, bliver ført med regnvand og vandløb ud i havet.

At fosfor fra land ender i havet, er en del af en naturlig proces, men udvaskningen er steget markant siden midten af 1900-tallet, da industrien og særligt landbruget anvender fosfor i store mængder.

I havet kan fosfat bidrage til eutrofiering eller blive aflejret på havbunden. Samtidig er der en del af havets fosfor, som bliver ført tilbage på land. Det sker for eksempel, når vi fanger fisk, når ekskrementer fra havfugle, der har spist fisk, ender på land, eller når geologiske processer hæver havbunden og skaber fosforholdige bjergarter.

Fosfor har betydning for eutrofieringen af vores havområder, men kvælstof spiller ofte en endnu større rolle.

Kvælstofkredsløbet

Kvælstof er det samme som grundstoffet N og bliver også kaldt for nitrogen. Når du trækker vejret, indånder du kvælstof, da atmosfæren indeholder knap 80 procent kvælstof i form af N₂.

Selvom kvælstof er et nødvendigt grundstof for alt liv, kan de fleste primærproducenter ikke optage kvælstof fra N₂, i stedet optager de det fra nitrat (NO₃^-) og ammonium (NH₄⁺). 

Det optagede kvælstof bliver indbygget i primærproducenternes DNA, RNA og proteiner. Det samme sker hos konsumenterne, når primærproducenterne bliver spist, og det bundne kvælstof passerer videre gennem fødekæderne, som det er vist på figur 8.

Kvælstof, der indgår i DNA og andre forbindelser, som er dannet af levende organismer, kaldes for organisk kvælstof. Alt det, der ikke er organisk kvælstof, er uorganisk kvælstof. Når organismerne dør, bliver det organiske kvælstof mineraliseret i nedbryderfødekæden. Det vil sige, at det bliver omsat til uorganisk kvælstof igennem en række nedbrydningstrin.

Forestil dig en død fisk i havet, der bliver nedbrudt af krabber og bakterier. Her spiller bakterierne en særlig rolle, fordi de indgår i en proces, hvor det organisk bundne kvælstof i fisken bliver omdannet til ammoniak (NH₃) og ammonium (NH₄⁺), der er uorganiske forbindelser. Processen kaldes ammonifikation og bliver ofte beskrevet som vist nedenfor. 

Ammonifikation: Organisk bundet kvælstof → NH₄⁺

En del af det dannede ammonium, bliver udnyttet af forskellige bakterier, der kaldes nitrificerende bakterier. De skaffer sig energi ved at omsætte ammonium (NH^₄+) til nitrit (NO₂^-) og derefter til nitrat (NO₃^-) i en proces, der kun kan foregå under iltrige forhold og kaldes nitrifikation. 

Nitrifikation: NH₄⁺ → NO₂^– → NO₃^–

Nedbrydningsprocesserne betyder, at nitrat og ammonium igen er frit tilgængeligt i omgivelserne og på ny kan optages af planktonalger eller andre primærproducenter. 

Du har allerede læst, at de fleste organismer ikke kan optage kvælstof fra N₂, men der er undtagelser. Cyanobakterier, der også går under betegnelsen ”blågrønalger”, kan optage kvælstof direkte fra luften og indbygge det som organisk bundet kvælstof i en proces, der kaldes kvælstoffiksering.

Kvælstoffiksering: N₂ → organisk bundet kvælstof

Cyanobakterier er ofte omdrejningspunkt i mediernes historier om røde flag og badeforbud ved de danske strande, fordi de samtidig kan udskille giftstoffer. Det er særligt sidst på sommeren, at cyanobakterier skaber problemer, fordi planktonalgerne har bundet meget af det kvælstof, der var i havvandet tidligere på sommeren. Konsekvensen er, at kvælstofindholdet i havvandet typisk er lavt på denne årstid, og da cyanobakterierne kan skaffe sig kvælstof direkte fra luften, giver det dem en konkurrencemæssig fordel i forhold til planktonalger. 

Mens cyanobakterier kan fiksere kvælstof fra luften, kan andre bakterier frigive N₂ ved en proces, der kaldes for denitrifikation. Her udnytter bakterier nitrat (NO₃^-) til respiration i stedet for ilt og danner frit kvælstof (N₂) gennem flere trin. 

Denitrifikation: NO₃^– → NO₂^– → NO → N₂O → N₂

Processen kræver iltfrie forhold, som for eksempel findes i havbunden. Det frie kvælstof er en gas og søger mod atmosfæren, og på den måde bliver kvælstof fjernet fra havmiljøet. Denitrifikation er meget vigtig for kvælstofomsætning i de kystnære farvande, men kan ikke kompensere for de store mængder kvælstof, som ender i havet. 

En del af havets kvælstof bliver tilført med nedbør, men en af de helt store kilder til eutrofieringen af vores havmiljø er udvaskning fra landbruget. 

DOWNLOAD TEKSTEN SOM PDF

Du kan downloade en PDF med Opdag Havets miljøtema om eutrofiering her.

Temamateriale

HVAD SIGER FORSKEREN?

Hvad sker der, når næringsstoffer fra landbruget ender i havet, og hvorfor kan det føre til iltsvind og fiskedød?

Lyt med, når professor Stiig Markager taler med havbiolog Jessica Tengvall om eutrofiering.