Danmark bør droppe forældet kvælstofmodel i havmiljøet

I over 30 år har Danmark baseret sin kvælstofregulering på en misforståelse af begrebet »kvælstofbegrænsning,« ved at anvende den tyske kemiker Justus von Liebigs minimumslov fra 1855, som primært egner sig til kontrollerede laboratorieforsøg. Liebigs lov, der hævder, at væksten i et økosystem begrænses af det mindst tilgængelige næringsstof, har vist sig uegnet til komplekse havmiljøer, mener flere eksperter.

Disse eksperter anbefaler i stedet Alfred C. Redfields balanceteori fra 1934, der bedre afspejler forholdene i det åbne hav. Redfields model fokuserer på balancen mellem kvælstof og fosfor og viser, hvordan ændringer i dette forhold påvirker hele økosystemet.

Danmark har brug for en opdatering af kvælstofmodellen for at sikre en præcis og effektiv miljøbeskyttelse i vores havområder.

Fejlslutning omkring kvælstof havde sin start allerede i 1980’erne
Cand.agro. Poul Vejby-Sørensen har tidligere skrevet – Det gik skævt i 1986, da iltsvindet i nogle danske kystvande kulminerede med det »berømte« iltsvind nord for Gilleleje, hvor nogle døde hummere blev bragt i havn og forevist på TV under stor dramatik i bedste sendetid.

Danmarks Naturfredningsforening DN’s daværende direktør krævede hurtig handling – »ikke tid til flere undersøgelser«. Og der blev ikke tid til seriøse overvejelser. Af samme grund blev der ikke involveret egentlig videnskab i diagnosen: En havbiolog ved
Danmarks Miljøundersøgelser (DMU), der i øvrigt var bror til fiskeren, der landede de døde hummere, »skød fra hoften« med en forklaring, som ingen i Miljøstyrelsen eller ministeriet evaluerede på. Der blev istedet i hast udsendt en presse-meddelelse om, at iltsvindet skyldtes landbrugets udledning af kvælstof.

Havbiologen har senere beskrevet, hvorledes han nåede frem til sin diagnose: »Fra Bæltprojektet vidste vi, at primær-produktionen hovedsagelig var kvælstofbegrænset (styret af tilførslen af kvælstof). Det eneste sted i samfundet, hvor der var sket en markant stigning i anvendelsen af kvælstof, var i
landbruget.«

Her ligger den eklatante fejlkonklusion: Kvælstofbegrænsningen kan umuligt skyldes »en markant stigning i anvendelsen af kvælstof«! Dette ville netop aldrig føre til kvælstof-begrænsning, men derimod til fosfor-begrænsning.

Godt 30 år senere arbejder vi fortsat udfra en fejldiagnose
Den falske diagnose om kvælstof er stadig basis for myndig-hedernes miljøindsats (kvælstofmodellerne). Seniorforsker fra DCE på Aarhus Universitet, bekræftede på Plantekongressen i januar 2017, at Aarhus Universitet, som er ansvarlig for myndighedsbetjeningen, fortsat bygger sin strategi på Justus von Liebigs minimumslov (1855). Dette er katastrofalt, fordi Justus von Liebigs teori netop ikke gælder i forbindelse med havets økosystem. Den gælder kun i lukkede systemer (f.eks. laboratorieforhold) afskåret fra havets økosystem. Derfor havde en professor fra Aarhus Universitet, ikke belæg for sin ofte fremførte påstand om, at dansk landbrugs udledning af kvælstof er »den afgørende faktor« for miljøproblemerne i kystvandene. Kvælstof er én blandt mange faktorer – og kvælstof fra landbruget er kun en del heraf. Den primære faktor er fosfor. Uden relativt høj fosfor-koncentration (N:P < ca. 7) opstår der nemlig overhovedet ikke kvælstof-begrænsning!

Justus von Liebigs minimumslov og Alfred C. Redfields balanceteori er to grundlæggende, men forskellige teorier inden for biogeokemi, som begge handler om tilgængeligheden af næringsstoffer – herunder fosfor og kvælstof – og deres betydning for organismers vækst i økosystemer.

Liebigs minimumslov (1855)
Justus von Liebigs minimumslov siger, at væksten af planter og organismer er begrænset af det næringsstof, der er mindst tilgængeligt i forhold til behovet, uanset mængden af andre næringsstoffer. Hvis fosfor er det knappe næringsstof i forhold til planternes behov, vil tilgængeligheden af kvælstof eller andre elementer ikke påvirke væksten, før der er tilført tilstrækkelig fosfor. Minimumsloven fokuserer altså på begrænsningen fra ét enkelt næringsstof og påviser, at tilgængeligheden af denne begrænsende faktor bestemmer økosystemets produktivitet.

Eksempel:
Hvis fosfor er lavt i et vandmiljø, vil planteplanktonets vækst være begrænset, uanset hvor meget kvælstof eller lys, der er tilgængeligt. Når fosfor-niveauet stiger, kan det tillade en stigning i væksten indtil næste faktor, som måske nu er kvælstof, bliver begrænsende.

Redfields balanceteori (1934)
Alfred C. Redfields balanceteori, også kendt som Redfield-forholdet, bygger videre på idéen om næringsstoffer, men fokuserer på forholdet mellem kvælstof (N) og fosfor (P) i marine økosystemer. Redfield fandt ud af, at havets plankton generelt har et forhold mellem kvælstof og fosfor på 16:1 (N). Denne balance viser, at planteplankton i havet typisk optager og bruger næringsstofferne i det forhold. Afvigelser fra dette forhold kan indikere, hvilke næringsstoffer der kan være begrænsende.

Hvis fx kvælstof-niveauet i et havmiljø er højere end dette forhold, kan det betyde, at fosfor er det begrænsende næringsstof, og omvendt. Redfields teori ser derfor på balancen mellem flere næringsstoffer snarere end en enkelt begrænsende faktor. Den hjælper til at forstå, hvordan hele økosystemers produktion reguleres ved næringsstofbalance, og hvordan ændringer i disse forhold kan påvirke økosystemet.

Hovedforskellen mellem de to teorier indenfor biogeokemi

• Liebigs minimumslov fokuserer på det enkeltstående næringsstof, som er mindst tilgængeligt, og hvordan dette ene stof begrænser væksten i et økosystem.
• Redfields balanceteori ser på forholdet mellem næringsstoffer, specifikt N, og hvordan dette balanceforhold regulerer økosystemets struktur og produktivitet i havmiljøer.

Kort sagt, Liebigs minimumslov er en »knaphedslov«, mens Redfields balanceteori er en »balance- og forholds-lov«. Begge teorier er fundamentale for forståelsen af næringsstofcyklusser, men anvendes i forskellige sammenhænge og skalaer.

Når forskere diskuterer modeller til at forstå og forudsige iltsvind i det åbne hav, afhænger valget mellem Liebigs minimumslov og Redfields balanceteori af flere faktorer, herunder den specifikke dynamik i næringsstofcyklusserne og hvilke elementer, der primært driver iltsvindet i det pågældende område.

Overordnet set er Redfields balanceteori ofte mere egnet til at modellere iltsvind i åbne havmiljøer.

Redfields balanceteori som den foretrukne model N i marine økosystemer: Redfields teori fokuserer på balancen mellem kvælstof og fosfor (N), hvilket er centralt i marine systemer.

Når forskere observerer iltsvind, skyldes det ofte øget algevækst forårsaget af en ubalance i dette N. For eksempel kan en overflod af kvælstof fra landbaserede kilder, som landbrug eller affald, skabe en tilstand, hvor fosfor bliver det begrænsende næringsstof, og dermed påvirker vækst og henfald af alger.

Forudsigelse af biologisk produktion og ilt-forbrug
Redfields forhold giver et billede af, hvordan marine organismer naturligt optager og nedbryder næringsstoffer, hvilket kan hjælpe forskere med at forudsige, hvordan ændringer i næringsstofbalancen kan føre til øget ilt-forbrug og dermed iltsvind. Når alger nedbrydes, bruger bakterier ilt til at omsætte det organiske materiale, og en ubalance i næringsstofferne kan dermed lede til en markant reduktion i ilt-niveauet.

Dynamikken i åbne havområder:
I åbne havmiljøer er flere faktorer i spil, såsom opblanding af vandlag og langdistance-transport af næringsstoffer, som ikke altid matcher den lokale tilførsel af næringsstoffer fra land. Redfield-forholdet giver et overblik over, hvordan disse næringsstoffer påvirker hele økosystemet, og hvordan biologisk aktivitet fører til variationer i ilt-niveauet.

Begrænsninger ved Liebigs minimumslov
Liebigs minimums-lov, som fokuserer på det mindst tilgængelige næringsstof, har stadig sin relevans i lokale eller specifikke havområder, hvor et enkelt næringsstof kan være den primære begrænsning. Men i åbne hav-systemer, hvor flere næringsstoffer og deres forhold er afgørende for økosystemets balance, bliver Redfields balanceteori ofte en mere omfattende model.

Sammenfatning
For at forstå og forudsige iltsvind i åbne havmiljøer giver Redfields balanceteori den bedste ramme. Ved at analysere balancen mellem kvælstof og fosfor kan forskere bedre vurdere, hvilke forhold der fører til ubalance og potentielt iltsvind.

Det er helt afgørende, at der nu med mere end 30 års forsinkelse gøres op med misforståelsen om, at tilstanden »kvælstofbegrænsning« betyder, at kvælstofudledningen
skal begrænses. Ifølge moderne økologisk støkiometri viser »kvælstofbegrænsning«, at der er for meget fosfor i økosystemet (jfr. NPo-redegørelsen side 19).

Det er vigtigt at forstå, at Justus von Liebigs minimumslov gælder i kontrollerede laboratorieforsøg, men ikke hører til i det åbne havmiljø. Her er det Redfields balanceteori, der er relevant.

At det forholder sig således, underbygges af bl.a.:

• NPo-redegørelsen fra 1984
• professor David Schindler, Canada, og professor Robert Hecky, USA, fra 37 års
  fuldskala studier afsluttet i 2006
• professor John A. Downing, USA, studier fra 1990’erne og frem
• professor Patricia M. Glibert, USA fra 2011
• professorerne Robert W. Sterner og James J. Elser: Ecological Stoichiometry
• Det internationale evalueringspanel fra 2017

Beviserne for Danmarks fejltagelse i vandmiljøet er eklatante.