umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Naturliga bakgrundshalter av bly, zink och arsenik i Svenska ytvatten baserat på metallernas haltvariation i morän och sedimentära jordar: implikationer för EU:s ramdirektiv för vatten och nationella miljömål
Institutionen för vatten och miljö, SLU.
Centre of Biostochastics, SLU.
Centre of Biostochastics, SLU.
Centre of Biostochastics, SLU.
2007 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Hösten 2006 ska vatten i sjöar och vattendrag kunna bedömas enligt EU:s ramdirektiv för vatten (RDV, 2000/60/EG), vilken successivt håller på att arbetas in i den svenska miljölagstiftningen. Miljöövervakningsprogram skall då vara operationella och utvärderingar av dessa data skall ligga till grund för åtgärdsplaner inom avrinningsområden. Målet är att alla vatten ska uppnå ”God ytvattenstatus” år 2015. För varje typ av sjö eller vattendrag ska typspecifika referensförhållanden fastställas för hydromorfologiska, fysikalisk-kemiska och biologiska parametrar. Dessa skall i huvudsak representera av människan opåverkade förhållanden.

Syftet med detta projekt har varit att utveckla modeller för att skatta lokalspecifika referensvärden för Pb-, Zn- och As-halterna i svenska sjöar utgående från de naturgivna förutsättningarna i form av klimat, geologi, vegetation, hydrologi och ytvattenkemi. Modellerna skall kunna användas av miljömyndigheterna vid tillämpningen av EU:s ramdirektiv för vatten och de nationella miljömålen ”Levande sjöar och vattendrag” och ”Giftfri miljö”.

Baserat på resultat från riksinventeringen av sjöar år 2000, SGU:s markgeokemiska och biogeokemiska kartering, officiell statistik över klimat, topografi, markslag etc. har statistiska modeller utvecklats för att skatta de naturliga bakgrundshalterna för Pb, Zn och As i skogssjöar vars tillrinningsområden domineras av skog, myr och fjäll. Modellerna baseras på resultaten från 644 sjöar och drygt 28 000 markgeokemiska observationer. Multipla linjära regressionsmodeller användes i samtliga fall. För Pb och Zn utfördes den statistiska inferensen m.h.a. vanlig minstakvadratteknik, men för As användes en robust regressionsteknik som minimerar inflytandet från uteliggare (outliers) bland både beroende och oberoende variabler i modellen. Ingående analyser av de statistiska förutsättningarna har utförts och modellerna uppfyller de teoretiska kriterier som förutsätts av de använda teknikerna. Variationerna i halterna av Pb, Zn och As kan till 71%, 65% respektive 54% förklaras i huvudsak av sjöinterna faktorer med koppling till deras humushalter (TOC) och surhetstillstånd (pH). Dessutom indikerar modellerna att den ackumulerade atmosfäriska depositionen av metaller och sura ämnen inverkar på haltnivåerna.

Genom att skapa en andra typ av modeller, där även markgeokemisk och biogeokemisk information tvingats in, ökar förklaringsgraden med 3, 7 och 3 procentenheter för Pb, Zn respektive As. Den marginellt ökande förklaringsgraden av dessa parametrar indikerar att riksinventeringen av sjöar och vattendrag är ett trubbigt underlag för att belysa geokemins betydelse för metallhalterna i ytvatten. Antalet objekt är slumpmässigt utvalda och endast i undantagsfall träffas en sjö med höga metallhalter p.g.a. lokalt förhöjda metallhalter i marken. Humushalt, pH etc. överskuggar markgeokemins inflytande i huvuddelen av objekten eftersom markens metallhalter normalt är tämligen låga.

Andra studier visar att det lokalt, i områden med höga metallhalter i marken, föreligger ett samband mellan geokemi och ytvattenhalter av metaller. Det föreligger följaktligen ett fortsatt behov av att studera vid vilka haltnivåer i marken som markgeokemin börjar få betydelse för bakgrundshalterna av metaller i ytvatten. Vi föreslår därför att SGU initierar ett sådant projekt med inriktning mot områden med höga, naturliga metallhalter i marken och där små källvattendrag utgör responssystem.

Abstract [en]

In the autumn 2006, lakes and running waters should be classified according to the EU water framework directive (2000/60/EU), which successively is implemented into the Swedish Environmental Act. Surface water monitoring should be in operation and environmental action plans, based on environmental assessments, should be in force at catchment level. The aim is to achieve “Good ecological status” in 2015. For each lake and running water, type specific reference conditions should be determined with regard to hydromorphological, physical-chemical and biological parameters. The reference status should represent conditions without human influences.

The aim of this project was to develop models for estimating reference levels on the Pb, Zn and As concentrations in Swedish lakes based on the natural prerequisites regarding geology, vegetation, hydrology and surface water chemistry. Environmental authorities should be able to use the models in assessments demanded by the EU water framework directive and coupled to the national goals “Living lakes and streams” and “Non-toxic environment”.

Based on the results from the year 2000 Swedish national lake survey, the geochemical and biogeochemical surveys of the Swedish Geological Survey, official statistics of climate, topography, land use etc., statistical models have been developed in order to estimate the natural background levels of Pb, Zn and As in lakes with catchments dominated by forests, mires and/or alpine ecosystems. The models are based on data from 644 lakes and approximately 28 000 geochemical observations. Multiple linear regressions were used for creating the models. For Pb and Zn, the least squares estimation method was used, while a robust estimation method was used for As (e.g. the robust fit is minimally influenced by outliers in the independent variables space, in the response space, or in both). Detailed analyses of the statistical prerequisites were performed and the established models fulfil the theoretical criterions necessary for the chosen techniques. The variations in Pb, Zn and As concentrations can to a large extent, 71%, 65% and 54%, respectively, be explained by lake internal factors with coupling to the humus levels (TOC) and acidity status (pH). In addition, the lake metals concentrations seem to be influenced by the accumulated atmospheric deposition of metals and acidifying compounds.

By creating a second type of models, where geochemical and biogeochemical parameters were forced into the models, the degrees of explanation increased by 3, 7 and 3 percentage units for Pb, Zn and As, respectively. This marginal explanation increase indicates that the national lake survey is a weak tool for analysing the geochemical influences on the metal concentrations in surface waters. The lakes are randomly selected and it is only by chance some few lakes, with high metal concentrations in the water due to elevated metal concentrations in the soils, are sampled. In most of the objects, the humus and pH levels overshadow the geochemistry influence since metal concentrations in soils are generally low.

Locally and in areas with elevated metal concentrations in the soils, other studies have demonstrated a correlation between the geochemistry and the surface water concentrations of metals. Hence, there is still a need for assessments studying at what metal levels in the soils the geochemistry is of importance for the metal concentrations in surface waters. Therefore, we suggest the Swedish Geological Survey to initiate such a project focusing on studies in areas with naturally occurring high metal concentrations in the soils and where small headwater streams are the aquatic response systems.

Place, publisher, year, edition, pages
2007. , 27 p.
Series
SGU Rapport, Nr 3 2007
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources Environmental Sciences Probability Theory and Statistics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-65431OAI: oai:DiVA.org:umu-65431DiVA: diva2:603907
Available from: 2013-02-07 Created: 2013-02-07 Last updated: 2014-01-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

http://www.sgu.se/dokument/fou_extern/lofgren-et-al.pdf

Authority records BETA

Ekström, MagnusYu, Jun

Search in DiVA

By author/editor
Ekström, MagnusYu, Jun
Oceanography, Hydrology, Water ResourcesEnvironmental SciencesProbability Theory and Statistics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 739 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf