PHOSPHORUS IN EUTROPHIC LAKE SEDIMENTS. A case study in Lake Årungen

AbstractLake Årungen has since last world war become a highly eutrophic lake because of increased supply ofphosphorus from sewage and agriculture. Despite high effort to reduce the phosphorus loading throughthe last 30 years, the lake is still highly eutrophic, and with frequent algae blooms. The lake is locatedin Akershus County in southeast Norway. The lake surface area is 1.2km2 and drains an area of 52km2.The catchment consist of mainly marine clay and some glacial tills. More than 50% of the area isagriculture fields, mainly with cereal production, and agriculture is the main contributor to thephosphorus load today.In early spring 2009, while the lake still was ice-covered, 122 sediment cores were collected from thelake. The cores were sectioned in to layers, one from 0 to 2.5cm and one from 2.5 to 5cm. This is oneof four master these conducted on these sediment samples, and together they gives the most completemapping of surface sediments ever conducted in Norway. I have in this thesis analysed the sedimentsamples for tot P, organic- and inorganic P, oxalate extractable Al, Fe and P, and P-AL. In addition thesediment samples were analysed for carbon, nitrogen, sulphur, metals and mineralogy in the threeother theses.All the parameters showed increasing concentrations towards greater water depth. This was also apattern that was reported for clay, total iron and total aluminium, which is known to be important forthe adsorption of phosphorus. There were also a general trend that the phosphorus concentrations washighest in the upper layer, but the storage was highest in the lower, mainly due to higher dry mattercontent.The sediment overall contains higher concentrations of all measured fractions of phosphorus comparedwith agriculture soil in the drainage area. The increase was highest for the inorganic phosphorusfractions, which increased as much as 80% from field to sediment, while P-AL only shows a slightlyincrease. The phosphorus sorption degree decreased from field to sediment which implies a strongerbinding of phosphorus in the sediment than in the soil.The annual accumulation of sediments in Lake Årungen were estimated to be 1.5*106kg dw, whichcontains 3000kg phosphorus. The estimated accumulation and measured flux in the outlet gave a totalload of 2*106kg dry matter and 5700kg phosphorus. This gives a retention factor of 0.5 for phosphorusand 0.75 for dry matter in the lake. SammendragÅrungen har siden siste verdenskrig blitt en sterkt eutrof innsjø på grunn av økt tilførsel av fosfor frakloakk og landbruk. Til tross for høy innsats for å redusere fosfor belasting gjennom de siste 30 årene,er innsjøen fortsatt sterkt eutrof, og med hyppige alge oppblomstringer. Årungen ligger i Akershusfylke i sørøst Norge, i et område med høy landbruks aktivitet, hovedsakelig med kornproduksjon.Innsjøen er 1.2km2 og har et nedslagsfelt på 52km2, som består av hovedsakelig marin leire og noenisbreer kasser. Mer enn 50% av arealet er jordbruksområder, og jordbruk er den største bidragsyterentil fosfor belastningen i dag.Tidlig våren 2009, mens innsjøen fortsatt var is dekket, ble 122 sedimentkjerner hentet inn fra sjøen.Kjernene ble delt i to lag, fra 0 til 2,5cm og fra 2.5 til 5cm. Dette er en av fire masteroppgaver som erutført på disse sedimentprøvene, og disse oppgaven tilsammen gir den mest komplette kartlegging avoverflaten sedimenter som noen sinne er gjennomført i Norge. Jeg har i denne avhandlingen analysertsedimentprøvene for total fosfor, organisk og uorganisk fosfor, oxalate extrherbart Al, Fe og P, og PAL.I tillegg er sedimentet gjennom de andre masteroppgavene analysert for karbon, nitrogen, svovel,metaller og mineralogi.Alle analyserte fraksjoner av fosfor viste økende konsentrasjoner ved økende dyp. Dette er et mønstersom også er rapportert for leire, total jern og total aluminium, som er kjent for å være viktig forbinding av fosfor. Det er også en generell trend at konsentrasjonene av fosfor er høyere i øvre enn inedre laget, men at lagret mengde er størst i det nedre laget, hovedsakelig som en følge av høyeretørstoff innhold.Sedimentet inneholder generellt høyere konsentrasjoner av alle mål fraksjoner av fosfor sammenlignetmed jordbruksjord i nedslagsfelt. Økningen er størst for uorganisk fosfor som økte så mye som 80%fra jord til sediment, mens P-AL bare viser en svak økning. Fosfor metningsgraden synker fra jorde tilsediment, noe som innebærer en sterkere binding av fosfor i sedimentet enn i jorda.Den årlige akkumulering av sedimenter i innsjøen Årungen er estimert til 1,5 * 106 kg tørrstoff, sominneholder 3000 kg fosfor. Den estimerte akkumulering og målt fluks i utløpet gir en total tilførsel på2 * 106 kg tørrstoff og 5700 kg fosfor. Dette gir en retensjons faktor på 0,5 for fosfor og 0,75 fortørrstoff i innsjøen.