Maja Brandt Helène Ejhed
TRK
Transport – Retention – Källfördelning
Belastning på havet
Maja Brandt Helène Ejhed
TRK
Transport – Retention – Källfördelning
Belastning på havet
Beställningsadress: Naturvårdsverket Kundtjänst 106 48 Stockholm Telefon: 08-698 12 00 Fax: 08-698 15 15 E-post: kundtjanst@naturvardsverket.se ISBN 91-620-5247-0.pdf ISSN 0282-7298
Rapporten fi nns även som pdf i Miljöbokhandeln
Miljöbokhandeln: www.miljobokhandeln.com
www.naturvardsverket.se © Naturvårdsverket 2002
Original: Baluns Tryck: Lindblom & Co
Upplaga: 500 ex
1. Förord
SLU och SMHI fi ck i början av år 2000 i uppdrag av Naturvårdsverket att beräkna belastningen på Östersjön inför rapporteringen till HELCOM (Helsingforskommissionen), PLC-4 (Pollution Load Compilation) år 2001. I uppdraget ingick dessutom att arbetet skulle resultera i ett verktyg för belast-ningsberäkningar, som inte enbart kunde nyttjas för HELCOM utan också för annan internationell (t.ex. OSPAR (Oslo-Pariskommissionen) ) och nationell rapportering (t.ex. offi ciell statistik) samt på sikt även för analyser inom EU:s ramdirektiv för vatten. Uppdraget utmynnade i ett projekt, som benämnts ”TRK (Transport, Retention, Källfördelning) – Belastning på havet”, och det utvidgades till att även gälla för Skagerrak, dvs belastningen från hela Sverige.
TRK-projektet presenteras i föreliggande huvudrapport samt i en underlagsrapport med titeln
Kväveläckage från svensk åkermark – Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999. I rapporterna redovisas sammanställningar och beräkningar av i första hand närsaltbelastning från Sverige till omgivan-de hav. En utförlig beskrivning av beräkningsgrunomgivan-der och indata lämnas för att möjliggöra en uppföljning av arbetet och för att möjliggöra en kritisk granskning av resultaten.
TRK-projektet är en utvidgning av det system som togs fram inom projektet ”Kväve från land till hav” (Naturvårdsverket 1997), som berörde södra Sverige. Underlagsdata och beräkningsmetodik har även hämtats från Aktionsprogram mot havsföroreningar, s k. Hav-90 (Löfgren och Olsson, 1990).
Detta arbete hade inte varit möjligt utan bidrag från många olika aktörer. En stor mängd data har hämtats från ett antal nationella myndigheter och institut (t.ex. SLU, SMHI, SCB, Jordbruksverket, Naturvårdsverket, LMV, SVO), men även från regionala och lokala myndigheter/verksamheter (t.ex. länsstyrelser, kommuner, vattenvårdsförbund). Naturvårdsverket fi nansierar nationella miljöövervak-ningsprogram för sötvatten och jordbruksmark och resultat från dessa program har varit en förutsättning för projektets genomförande.
Projektledare har varit Heléne Ejhed, SLU, och Maja Brandt, SMHI, vilka också sammanställt rap-porten. Följande personer har arbetat i projektet: Marie Bergstrand, Gun Grahn, Peter Svensson, Anders Gyllander, Berit Arheimer, Anna Pettersson och Lotta Pers från SMHI; Holger Johnsson, Barbro Ulén, Kristina Mårtensson, Stefan Löfgren, Kjell Olsson, Hans-Björn Eriksson, Bert Karlsson och Jakob Nisell från SLU; Olle Westling från IVL samt Anders Widell och Gunilla Svensson från Naturvårdsverket. Projektets styrgrupp bestod av Christer Göransson, Naturvårdsverket, Torgny Wiederholm, SLU, samt Hans Larsson, SMHI.
Förtydligande till Naturvårdsverkets rapport 5247, TRK (Transport, retention, källfördelning) – Belastning på havet
Avsikten med TRK-projektet var att ta fram en redovisning av belastningen på Östersjön till HELCOM, PLC-4 rörande förhållandena år 2000, men också att ta fram underlag för annan nationell och internationell rapportering samt på sikt även för analyser inom EU:s vattendirektiv.
Belastningen varierar kraftigt från år till år, huvudsakligen beroende på stor variation i avrinningen, och därför har ett långtidsmedelvärde för avrinningen använts. Data över utsläpp från olika källor har inte varit möjliga att ta fram för enbart år 2000 utan härrör från senast tillgängligt årtal vilka antas gälla år 2000, t.ex. reningsverk >2 000 pe från år 2000, mindre reningsverk från 1987, kustindustrier från år 2000, inlandsindustrier från år mellan 1992 och 2000 samt jordbruksläckage av kväve från rotzonen för 1999.
Det innebär att de delar av fi gurer och tabeller som visar bruttobelastningen av kväveläckaget från jordbruksmark gäller för 1999 års odling (jordbruksareal, grödofördelning, gödsling och normskörd). Belastningen har dock normali-serats med avseende på klimatet för en lång följd av år.
I marken, i vattendragen och i sjöarna sker en omblandning av vatten med varierande uppehållstid, vilket gör att den transport som når havet inte kan hänföras till ett speciellt år utan till en följd av år, som varierar från område till område. Trots detta krävs för miljömålsuppföljning, åtgärdsplanering och redovisning till HELCOM att källfördelning och belast-ning på havet tas fram som relaterar till ett specifi kt år. Resultaten från TRK-beräkbelast-ningarna antas därför gälla belastbelast-ning på havet av kväve för år 2000 klimatnormaliserat för en längre period.
TRK-beräkningarna för fosfor begränsas till källfördelning av bruttobelastning. Resultaten antas gälla bruttobelastning år 2000 klimatnormaliserat för en längre period.
Maja Brandt och Heléne Ejhed 2003-02-12
1. Förord ___________________________________________________________________________________ 5 2. Sammanfattning_________________________________________________________________________ 8 3. Beräkningsmetodik ____________________________________________________________________ 10 3.1 Termer och begrepp ____________________________________________________________ 10 3.2 Belastning på havsområden utgående från mätningar vid fl odmynningar __________________ 10 3.3 Kväve – belastning, retention och källfördelning _____________________________________ 10
3.3.1 Bruttobelastning __________________________________________________________ 12 3.3.2 Kväveretention ___________________________________________________________ 12 3.3.3 Nettobelastning___________________________________________________________ 12 3.3.4 Antropogen kvävebelastning_________________________________________________ 12 3.3.5 Källfördelning för kväve____________________________________________________ 13
3.4 Fosfor – bruttobelastning och källfördelning ________________________________________ 13
3.4.1 Bruttobelastning __________________________________________________________ 13 3.4.2 Antropogen fosforbelastning_________________________________________________ 13 3.4.3 Källfördelning för fosfor____________________________________________________ 13
4. Databaser och beräkningsunderlag ____________________________________________________ 14 4.1 Områdesbeskrivning ___________________________________________________________ 16 4.2 Bestämning av arealer av olika markanvändningar ____________________________________ 19
4.2.1 Jordbruksmark ___________________________________________________________ 21 4.2.2 Avverkad skogsmark _______________________________________________________ 22
4.3 Typhalter för kväveberäkning ____________________________________________________ 22
4.3.1 Indata till och beräkning av typhalter för jordbruksmark __________________________ 22 4.3.2 Typhalter för skogsmark ____________________________________________________ 26 4.3.3 Typhalter för avverkad skogsmark ____________________________________________ 27 4.3.4 Typhalter för sankmark _____________________________________________________ 27 4.3.5 Typhalter för kalfjäll, glaciär och fjällmyr ______________________________________ 27 4.3.6 Typhalter för övrig öppen mark ______________________________________________ 28 4.3.7 Dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter ______________________________________ 28 4.3.8 Kvävedeposition på sjöar ___________________________________________________ 28 4.3.9 Typhalter för naturlig bakgrundsbelastning _____________________________________ 28
4.4 Typhalter för fosforberäkningar ___________________________________________________ 29
4.4.1 Indata och beräkning av typhalter för jordbruksmark _____________________________ 29 4.4.2 Typhalter för skogsmark, sankmark och övrig mark_______________________________ 30 4.4.3 Typhalter för avverkad skogsmark ____________________________________________ 30 4.4.4 Typhalten för betesmark ____________________________________________________ 30 4.4.5 Typhalter för fjäll, glaciär och fjällmyr ________________________________________ 31 4.4.6 Typhalter för naturlig bakgrundsbelastning _____________________________________ 31 4.4.7 Dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter ______________________________________ 31 4.4.8 Utsläpp från mjölkrum och gödselanläggningar _________________________________ 31 4.4.9 Atmosfäriskt nedfall på sjöar ________________________________________________ 32
4.5 Avrinning ____________________________________________________________________ 32 4.6 Punktkällor __________________________________________________________________ 34
4.6.1 Reningsverk och industrier__________________________________________________ 34 4.6.2 Utsläpp från enskilda avlopp ________________________________________________ 34
5. Resultat _________________________________________________________________________________ 39 5.1 Belastning år 2000 enligt mätningar i fl odmynningar __________________________________ 39 5.2 Avrinning ____________________________________________________________________ 40 5.3 Brutto- och nettobelastning samt källfördelning för kväve______________________________ 43
5.3.1 Retention________________________________________________________________ 43 5.3.2. Brutto- och nettobelastning _________________________________________________ 44 5.3.3 Källfördelning ___________________________________________________________ 53 5.3.4 Antropogent bidrag till kvävebelastningen ______________________________________ 54
5.4 Bruttobelastning samt källfördelning för fosfor ______________________________________ 57
5.4.1 Bruttobelastning __________________________________________________________ 57 5.4.2 Källfördelning för fosfor utgående från bruttobelastning __________________________ 65 5.4.3 Antropogent bidrag till fosforbelastningen ______________________________________ 67
6. Kvalitetsbedömning ____________________________________________________________________ 70 6.1 Kvalitetsbedömning av avrinningsberäkningen_______________________________________ 70 6.2 Kvalitetsbedömning av beräknad markanvändningsareal _______________________________ 70 6.3 Kvalitetsbedömning av belastningsberäkningen för kväve ______________________________ 71
6.3.1 Jämförelse mellan beräknad transport utgående från mätningar
vid fl odmynningarna och från nettobelastningsberäkningen av kväve _____________________ 71 6.3.2 Kvalitetsbedömning utgående från jämförelser mellan uppmätta och
beräknade kvävehalter i mindre vattendrag _________________________________________ 73
6.4 Kvalitetsbedömning av belastningsberäkningar för fosfor ______________________________ 79
6.4.1 Kvalitetsbedömning avseende fosforläckage från jordbruksmark ____________________ 80 6.4.2 Kvalitetsbedömning avseende utsläpp från enskilda avlopp av fosfor_________________ 81
7. Jämförelse med tidigare beräkningar __________________________________________________ 81 7.1 Avrinning ____________________________________________________________________ 81 7.2 Kvävebelastning ______________________________________________________________ 81
7.2.1 Retention________________________________________________________________ 81 7.2.2 Kvävetransporten _________________________________________________________ 82
7.3 Fosforbelastning ______________________________________________________________ 83 8. Förslag på framtida förbättringar ______________________________________________________ 84 8.1 Underlag för kväveberäkningar ___________________________________________________ 84 8.2 Underlag för fosforberäkningar ___________________________________________________ 85 8.3 Gemensamt för kväve- och fosforberäkningar _______________________________________ 85 8.4 Övriga förbättringar____________________________________________________________ 85 9. Referenser ______________________________________________________________________________ 86 Appendix 1. Avrinningskalibrering___________________________________________________ 89
Referens _____________________________________________________________________ 93
Appendix 2. Beskrivning av kvävemodellen, HBV-N _____________________________________ 94
1. Markretention under rotzonen __________________________________________________ 94 2. Beräkning av kvävemängd i vattendrag __________________________________________ 94 3. Sjöretention ________________________________________________________________ 95 4. Tillvägagångssätt vid beräkning av retention ______________________________________ 96 Referenser ___________________________________________________________________ 97
Bilaga 1. Typhalter för kväve för jordbruksmarkens läckage _______________________________ 98 Bilaga 2. Typhalter för kväve för all markanvändning utom för jordbruket ___________________ 113
Referenser __________________________________________________________________ 115
Bilaga 3. Typhalter för fosfor för samtliga markanvändningar _____________________________ 116
2. Sammanfattning
Naturvårdverket har givit SLU och SMHI i uppdrag att gemensamt beräkna belastningen till Sveriges om-givande havsbassänger som underlag till HELCOM, PLC-4 (Pollution Load Compilation) dels utgående från fl odmynningsdata för kväve, fosfor och metaller för år 2000 och dels som långtidsmedelvärden för kväve och fosfor.
Följande punkter sammanfattar resultaten från miljöövervakningens delprogram fl odmynningar för år 2000: • Belastningen till havet beräknades till 146 700 ton kväve (N), 4 700 ton fosfor (P), 280 ton koppar (Cu), 950 ton zink (Zn), 3 ton kadmium (Cd), 63 ton bly (Pb) samt 0,8 ton kvicksilver (Hg).
• Flodmynningsberäkningarna avser år 2000, som var ett mycket nederbördsrikt år. Ämnestransporten samvarierar med avrinningen, vilket gör att belastningen till våra omgivande hav var mycket hög detta år. På årsbasis var tillrinningen 40 % högre till Bottenviken än under perioden 1961–1990, 45 % till Bottenhavet, 27 % till Östersjön och 36 % högre till Västerhavet.
I uppdraget ingick att göra en fl ödesnormaliserad källfördelning av kväve och fosfor, varvid långtids-medelvärden av avrinningen för perioden 1985–1999 använts. Metodiken innebär att belastningen från källorna (bruttobelastningen) först beräknades. Därefter togs hänsyn till förändringar under transporten på väg till havet och slutligen beräknades vad som nådde havet (nettobelastningen).
För kväve fi nns en väl beprövad metodik för att beräkna bruttobelastning, retention (avskiljning på vägen) och nettobelastning till havet. För fosfor däremot har källfördelningen beräknats utifrån bruttobe-lastningen.
Beräkningarna bygger på ett stort, Sverigetäckande underlagsmaterial: markanvändning, typhalter för olika markanvändningar, avrinningsdata och uppgifter om punktutsläpp.
Markläckaget för ett avrinningsområde beräknades genom att markarealen (km2) multiplicerades med
en typhalt för denna markanvändning (mg/l) och med avrinningen (l/s km2). Det totala bruttobelastningen
från marken erhölls sedan genom summering av alla olika markanvändningars bidrag. Markanvändningen sammanställdes med GIS från Lantmäteriets översiktskarta, från Jordbruksverkets blockkartor och EU-stöddatabas IAKS samt från Skogsstyrelsens uppgifter över avverkad skogsareal.
Typhalter för jordbrukets kväveläckage beräknades med hjälp av simuleringsverktyget SOILNDB, som beskriver kvävets dynamik och förluster i en åkermarksprofi l. Typhalter för jordbrukets fosforläckage beräknades med ett regressionssamband. Övriga typhalter baserades på mätningar i små mer eller mindre homogena avrinningsområden. Avrinningen beräknades slutligen med hjälp av HBV-modellen, där dag-liga nederbörds- och temperaturmätningar utgjorde indata.
Den totala bruttobelastningen beräknades genom summering av markläckage och punktutsläpp. Med hjälp av HBV-N-modellen och recipientdata simulerades de biogeokemiska förändringarna (retentionen) av kväve från källorna till havet. Nettokvävebelastningen erhölls sedan genom att subtrahera retentionen från bruttokvävebelastningen. För fosfor redovisas endast bruttobelastning. I belastningarna ingår även diffust utsläpp från de delar av de svenska vattendragens avrinningsområden, som är belägna i Finland och i Norge.
Metodiken innebär att typhalter från ett antal markklasser representerar markläckaget i hela Sverige. Relativt små avvikelser i de antagna typhalterna kan få mycket stora konsekvenser för t.ex. källfördel-ningen. Jordbruksmarken är det markläckage, som har det absolut största kväveläckaget per arealenhet och bidrar till stor mänsklig påverkan på vattenmiljön och därför har jordbruksmarken delats in i ett stort antal klasser.
Från belastningsberäkningarna för kväve kan följande resultat redovisas och slutsatser dras:
• Nettobelastningen av kväve via vattendragen till omgivande hav uppgick i medeltal till 123 400 ton/år för åren 1985–1999. Direkta utsläpp från reningsverk och industrier till havet beräknades till 11 600 ton/år. Bidraget från diffusa källor till havet bestämdes till 110 900 ton/år, vilket motsvarar 82 % av nettobelastningen via vattendragen och direktutsläpp. Av den diffusa belastningen som nådde havet efter retention stod jordbruksläckaget för 40 % och skog inklusive skogsbruk för 36 % i snitt för hela
Sverige. I tillrinningsområdet till Öresund utgjorde jordbruksläckaget 96 % av den diffusa belastningen efter retention.
• Nettobelastningen av kväve orsakad av mänsklig aktivitet (antropogen belastning), som nådde havet via svenska vattendrag, uppgick i medeltal till 67 100 ton/år, vilket motsvarar 50 % av den totala netto- belastningen via vattendrag samt direkta utsläpp för perioden 1985–1999. Av den totala antropogena nettobelastningen till havet (inkl direktutsläpp) kom enligt beräkningarna 54 700 ton/år (70 %) från de antropogena diffusa belastningarna, 16 800 ton/år (21 %) från reningsverk, 4 500 ton/år (6 %) från industri samt 2 700 ton/år (3 %) från enskilda avlopp. Av bidraget från reningsverken kom 46 % via vattendragen och 54 % direkt till havet.
• Av den antropogena diffusa nettobelastningen utgjorde 38 700 ton/år jordbruksläckage (70 %), 10 500 ton/år (19 %) atmosfäriskt nedfall på sjöar, 5 200 ton/år (10 %) förhöjt läckage på grund av hygge och 200 ton/år (< 1 %) dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter.
• Jordbruksmarkens beräknade medelarealförluster för kväve för tillrinningsområdena till erna låg mellan 1 000 kg/km2 och år och knappt 4 000 kg/km2 och år, med de högsta siffrorna i
Öresunds tillrinningsområden. För skogsmarken inklusive hyggen varierade arealförlusten mellan 130 och 280 kg/km2 och år.
• I norra Norrland uppgick andelen oorganiskt kväve till 20 % eller mindre av totalkvävehalten i vattendragen, i södra Norrland till 30–50 % och i sydligaste Sverige kring 80 %, medan resterande del var organiskt kväve.
• Markretentionen, dvs avskiljningen av kväve i marken och i grundvattnet under rotzonen, för läckaget låg i snitt kring 25 %.
• Sjö- och vattendragsretentionen, dvs avskiljningen av kväve i sjöar och vattendrag från källan till havet, varierade allt mellan 0 % och 97 % för enskilda avrinningsområden. Den är främst beroende av belastningen, väder/klimat, sjöarnas andel av totala arean och deras geografi ska placering i området. Sjöretentionen är därför låg i kustnära områden utan sjöar. Denna zon har dock varierande bredd och når långt upp i de avrinningsområden som är sjöfattiga i sina nedströms liggande delar.
• Kvävets diffusa belastning var högre i sydvästra än i sydöstra Sverige, vilket delvis kan förklaras av den högre avrinningen och en lägre retention betingad av få sjöar i den kustnära zonen samt större andel lättare jordar i sydväst.
Från bruttobelastningsberäkningar för fosfor kan följande resultat redovisas och slutsatser dras:
• Bruttobelastningen av fosfor via vattendragen summerat till omgivande hav uppgick till 6 200 ton/år. Direkta utsläpp från reningsverk och industrier till havet beräknades till 510 ton/år. Bidraget från de diffusa källorna bestämdes till 5 200 ton/år, vilket motsvarar 77 % av den totala bruttobelastningen. Av den totala bruttobelastningen utgjorde jordbruksläckaget 24 % och skogsmarkens läckage inklusive hyggen 37 % i medeltal för hela Sverige. Bidraget från utsläpp från enskilda avlopp utgjorde 10 %, reningsverk 7 % och industrier 6 % av totala bruttobelastningen för Sverige. Bidraget från enskilda avlopp utgjorde 50 % (260 ton/år) av punktutsläppen, motsvarande 20 % av den totala ningen till Egentliga Östersjön.
• Bruttobelastningen av fosfor orsakad av mänsklig aktivitet (antropogen belastning), summerat till omgivande hav, uppgick i medeltal till 3 130 ton/år, vilket motsvarar 47 % av den totala belastningen via vattendrag samt direkta utsläpp för perioden 1985–1999. Av den totala antropogena bruttobelastningen till havet (inkl direkta punktutsläpp) kom enligt beräkningarna 1 610 ton/år (51 %) från de antropogena diffusa belastningarna, 650 ton/år (21 %) från enskilda avlopp och mjölkrum, 490 ton/år (16 %) från reningsverk samt 370 ton/år (12 %) från industrier.
• Av den antropogena diffusa bruttobelastningen utgjorde 1 440 ton/år jordbruksläckage (89 %), 30 ton/år (2 %) förhöjt läckage på grund av hygge och 140 ton/år (9 %) dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter. • Jordbruksmarkens (inklusive betesmark) beräknade medelarealförluster för fosfor för områdena till havsbassängerna låg mellan 36 och 58 kg/km2 och år. För skogsmarken inklusive hygge
3. Beräkningsmetodik
3.1 Termer och begrepp
I rapporten förekommer ett antal begrepp, som i TRK-projektet defi nierats på följande sätt:
Belastning: Total mängd föroreningar som når ett vattendrag, en sjö eller havet. Med bruttobelastning
av-ses den mängd som når rotzonen/vattendraget i avrinningsområdet. Nettobelastning är den mängd som via vattendraget når fl odmynningen, dvs efter retention.
Markläckage: Läckage av näringsämnen från ett område till vatten.
Diffus belastning: Markläckage, dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter samt atmosfäriskt nedfall på
sjöar.
Punktutsläpp: Utsläpp på en väl defi nierad plats, i regel genom en eller fl era rörmynningar.
Punktutsläppen delas upp i de som mynnar i vattendragen och de som mynnar direkt i havet.
Retention: Avskiljning av ämnen i vattensystem, mark och luft genom sedimentation, växtupptag och
de-nitrifi kation. Retention sker i mark och grundvatten samt i vattendrag och sjöar.
Källfördelning: Fördelning av belastning på olika källor, diffusa och punktkällor, men även åtskillnad
mellan antropogen (mänskligt påverkad) och naturlig belastning.
3.2 Belastning på havsområden utgående från mätningar vid fl odmynningar
Mätningar av den vattenburna belastningen på havet har utförts vid 48 stationer i fl odmynningarna inom miljöövervakningsprogrammet för sötvatten. Delprogrammet omfattar de större svenska vattendragen samt vissa representativa mindre vattendrag. Beräkningar av belastningen har gjorts för N, P, Hg, Cd, Cu, Zn och Pb.
Transporterade mängder till havet har beräknats på basis av månadsvisa mätvärden och dagliga vattenföringsdata, där mängderna transporterat material har beräknats dygnvis som produkten av linjär-interpolerade halter och dagliga vattenfl öden. Vattenföringen har skattats utgående från närliggande vattenföringsstationer. För 14 av provtagningsplatserna har vattenföringsdata arealviktats utifrån vatten-föringsstationer uppströms i vattendraget, varav 5 var belägna långt från den kemiska mätplatsen. För 5 av provtagningsplatserna saknades uppmätta vattenföringsdata helt i vattendraget och har arealviktats utgå-ende från mätningar i stationer i omkringliggande vattendrag.
Mätpunkterna ligger i regel uppströms tätorter och industrier vid vattendragens mynningar och mäter ämnestransporten av närsalter från ca 85 % av den svenska landarealen. Belastning från landareal som inte ryms inom miljöövervakningsprogrammet har beräknats genom vikta belastningen avseende areal och vattenföring i området som i närliggande områden där mätningar av vattenföring och koncentration av föroreningen utförts. Metaller mäts enbart vid ett tjugotal stationer i fl odmynningsprogrammet och belastningsberäkningar har därför i större utsträckning än för närsalter fått baseras på viktning utgående från resultat från närliggande stationer.
3.3 Kväve – belastning, retention och källfördelning
Belastningen av kväve på vattendragen kommer dels från punktutsläpp från reningsverk, industrier och utsläpp från enskilda avlopp (året om- och fritidsboende med enskilt avlopp), dels från markläckage från olika markanvändningar, dagvatten från hårdgjorda ytor i tätorter samt atmosfärsdeposition på sjöar.
Markläckaget för ett avrinningsområde har beräknats genom att markarealen (km2) multiplicerats med
en typhalt för denna markanvändning (mg/l) och med avrinningen (l/s km2). Det totala
bruttomarkläcka-get har sedan erhållits genom summering av alla olika markanvändningars bidrag. Metodiken innebär att man antar typhalter från ett antal markklasser för att representera markläckaget i hela Sverige. Relativt små avvikelser i de antagna typhalterna kan få mycket stora konsekvenser för t.e.x. källfördelningen.
Beräkningarna av belastningen och källfördelningen för kväve grundar sig på tre grundsystem: de dyna-miska modellerna SOIL-N (Johnsson et al. 1987) och HBV-N (Arheimer et al. 1997) samt ett GIS-baserat verktyg.
GIS används för att beskriva områden, gränser, punktutsläpp, markanvändningar och underlag till mark-läckage, till exempel jordart på åkermark, geografi skt i olika kartskikt och koppla dessa till varandra.
Detta gör det möjligt att utföra beräkningar med mycket hög upplösning för ett stort område som Sverige. Resultaten kan summeras på olika enheter eftersom kartskikten är kopplade till olika områdesindelning, som avrinningsområde, tillrinningsområde till havsbassänger eller för hela Sverige.
Jordbruksmark är den diffusa kvävekälla som har störst mänsklig (antropogen) påverkan, vilket gör det viktigt att beskriva dess bidrag så realistiskt som möjligt. I SOIL-N-modellen beskrivs kvävets dynamik i en markprofi l och resulterande kväveutlakning från rotzonen till dräneringsrör eller grundvattnet. SOIL-N har programmerats in i ett verktyg, SOILSOIL-NDB, med vilket kväveläckaget beräknats på ett systematiskt sätt för en mängd olika kombinationer av grödor, jordarter, gödsling och regioner. En närmare beskriv-ning av beräkbeskriv-ningsmetodiken återfi nns i avsnitt 4.3.1 och i underlagsrapporten Kväveläckage från svensk åkermark – Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999.
HBV-N-modellen består av en avrinningsdel, HBV (Lindström et al. 1997), till vilken kopplats en kväve-modell för retentionsberäkning. I avrinningskväve-modellen beskrivs de hydrologiska processerna från det att nederbörden faller på marken till avrinning från ett område. Vattentransporten simuleras från delområde till delområde längs det aktuella vattendraget tills vattnet når havet.
I HBV-N-modellen (Arheimer och Brandt 1998) baseras beräkningen av kvävebelastningen på en om-blandning av olika vattenmassor med skilda koncentrationer från olika markanvändningar (typhalter) och punktutsläpp. Under vattnets och kvävets väg från källorna till havet sker en omvandling mellan olika former av kväve och en avskiljning av kväve från vattenfasen. Den senare benämns retention. Retentionen beror på växtupptag, fastläggning och denitrifi kation i marken samt i de vattendrag och sjöar, som kvävet passerar under sin transport mot havet. I modellen simuleras de biogeokemiska förändringarna (retention-en) som påverkar kvävebelastningen under passagen genom marken under rotzonen, i vattendrag och i sjöar. Retentionen och dess dynamik under året anpassas mot recipientdata.
Belastning och källfördelningen baseras och redovisas för en följd av år (1985–1999), s.k. norma-lisering, som får representera ett normalklimat. Jämförelser mellan belastningar och källfördelningar beräknade för enskilda år kan bli starkt missvisande eftersom skillnader dem emellan kan bero enbart på variationer i klimatet.
Beräkningsstegen för brutto- och nettobelastning samt källfördelningen framgår av fi gur 1.
Figur 1. Schematisk beskrivning av beräkningsteg för brutto- och nettobelastning av kväve samt för
3.3.1 Bruttobelastning
Bruttobelastningen av kväve för ett avrinningsområde har beräknats genom att summera punktutsläppen och de diffusa belastningarna i området. Beräkningarna har gjorts för uppdelade huvudavrinningsområden och kustområden i totalt ca 1 000 delavrinningsområden (s.k. TRK-områden). Utsläppen från punktkällor-na har baserats på uppmätta data och schablonberäkningar. Det diffusa markläckaget har bestämts genom att multiplicera respektive markanvändningsandel med en typhalt för denna markanvändning och med avrinningen från respektive markanvändning i området samt slutligen summera de olika markanvändning-arnas läckage. I projektet har dock läckaget från jordbruksmark beräknats för vad som lämnar rotzonen och för övriga markläckage för vad som når vattendraget. Skälet till detta är brist på data för läckaget i rotzonen för all markanvändning utom för jordbruksläckaget som är beräknat med SOIL-N-modellen. Mellan rotzonen och vattendraget sker retention, som beräknas för jordbruksläckaget i projektet, medan den redan fi nns inkluderad i övriga markanvändningars typhalter. Begreppet total bruttokvävebelastning är därför inte helt konsekvent, men den har trots det använts i projektets redovisning.
Underlaget till beräkningarna av bruttobelastningen beskrivs utförligare under avsnittet 4 Databaser och beräkningsunderlag.
Bruttokvävebelastningen har beräknats dels som tidsserier och dels som långtidsmedelvärden för perio-den 1985–1999 för alla beräkningsområperio-den.
3.3.2 Kväveretention
Retentionen har beräknats som skillnaden mellan bruttobelastning i ett område och nettobelastningen ut från området. Den har beräknats med hjälp av HBV-N-modellen.
Retentionsberäkningen utgår från områden, där det fi nns kvävemätningar. I modellen summeras först bruttobelastningen, dvs punktutsläpp och diffus belastning för respektive avrinningsområde. Retentionsberäkningen sker därefter genom att anpassa (kalibrera) de dagligt framräknade bland-ningshalterna i vattendraget till uppmätta kvävehalter i vattendraget (recipientdata) för att fånga den årstidsdynamik, som man ofta ser i mätdata och som orsakas av kväveavskiljningen. I modellen beskrivs transformering och avskiljning av kväve på ett generaliserat sätt utifrån kvävekoncentration, vattenvoly-mer i marken och i grundvattnet, sjöytor och uppehållstider, lufttemperatur samt några få fria parametrar med vilka anpassningen sker. Kvävet delas upp i fraktionerna oorganiskt och organiskt kväve, eftersom transformeringen och retentionen av dessa skiljer sig åt.
Retentionsberäkningen har skett i två steg. Först har den avskiljning som sker i marken under rotzonen (i den omättade zonen och i grundvattnet) beräknats och därefter den avskiljning som sker i sjöar och vattendrag nedströms utsläppsplatsen. Retentionen i marken under rotzonen berör endast det kväve som kommer från jordbruksmark samt utsläpp från enskilda avlopp, eftersom dessa är framtagna som utsläpp till rotzonen. Retentionen i vattendrag och sjöar berör all belastning i vattendraget.
Utgående från kalibreringen i områden med mätdata har generella parameteruppsättningar tagits fram för större regioner, vilka har använts för att beräkna retentionen i varje TRK-område.
I projektet redovisas den totala retentionen från källorna till havet i procent av bruttobelastningen för respektive avrinningsområde på fl erårsbasis (medelvärde 1985–1999).
Utförligare beskrivning av retentionsberäkningarna återfi nns i avsnitt 4.7 och modellbeskrivning i appendix 2. 3.3.3 Nettobelastning
Nettobelastningen på havet är den mängd som når havet via vattendragen, när retentionen räknats bort från bruttobelastningen, samt utsläpp från punktkällor som sker direkt till havet. I varje TRK-område har nettobelastningen beräknats genom att subtrahera den beräknade retentionen för både mark, vattendrag och sjöar från bruttobelastningen från jordbruksläckage, utsläpp från enskilda avlopp samt atmosfäriskt nedfall på små sjöar som ej ligger i huvudfåran. För det diffusa läckaget från övriga markanvändningar och punktkällor har enbart vattendrags- och sjöretentionen subtraherats från dessa bruttobelastningar för att erhålla nettobelastningen. Det diffusa markläckaget för övrig mark har uppskattats från mätningar i ytvatten och påverkas därför inte av retentionen i marken och i grundvattnet utan den antas redan ingå i typhalten.
3.3.4 Antropogen kvävebelastning
antropogena belastningen, dvs den del som människan ger upphov till i form av utsläpp och ökade mark-läckage, har bedömningar gjorts rörande bakgrundstyphalter för respektive marktyp. Den antropogena belastningen har beräknats genom att subtrahera bakgrundsbelastningen från den totala belastningen. 3.3.5 Källfördelning för kväve
Källfördelningen har beräknats genom att subtrahera retentionen från bruttobelastningen för respektive källa och för respektive TRK-område ner till havet. Summering har gjorts för belastningarna för alla huvudavrinningsområden och för de större havsbassängerna. På samma sätt har källfördelning för de an-tropogena källorna beräknats.
3.4 Fosfor – bruttobelastning och källfördelning
Belastningen av fosfor via vattendragen kommer liksom för kväve från punktutsläpp och från diffusa käl-lor genom markläckage från olika markanvändningar. Betydelsen av olika kälkäl-lors bidrag är dock olika för fosfor respektive kväve. För fosfor har utsläpp från enskilda avlopp en större betydelse än för kväve, medan depositionen av fosfor på sjöar antas vara försumbar. Under vattnets väg från källor till havet kan fosfor omsättas genom retention, men även tillföras genom erosion av vattendragens bottnar och strand-brinkar samt genom återcirkulation av upplagrad fosfor i sjösediment. Inom projektet har retentionen av fosfor inte beräknats utan enbart bruttobelastningen har beräknats och källfördelats. Vid beräkningen av bruttobelastning av fosfor är utsläpp från enskilda avlopp beräknade på läckage till en markprofi l eller till diken där en lokal retention kan ske i jämförelse med de diffusa källorna som grundar sig på mätningar i vattendrag från mindre avrinningsområden och därför genomgått markretention.
Beräkningarna för fosfor har utförts på samma sätt som för kväve. Markläckaget har beräknats genom ansats av ett antal klasser av typhalter (mg/l) representerande läckage från varje klass av markanvändning, multiplikation med respektive areal (km2) och avrinningen för området (mm) för att erhålla belastningen
(ton/år). GIS har använts som ett verktyg att fördela områdesgränser, punktutsläpp, markanvändning och underlag för markläckageberäkningarna, vilket ger mycket hög upplösning i beräkningarna och möjlig-het till sammanställningar av resultat på olika områden som avrinningsområden, tillrinningsområden till havsbassänger eller för hela Sverige.
Belastning och källfördelning har baserats på underlag som i första hand gäller för slutet av 1990-talet och 2000. Det redovisas normaliserat med avseende på klimatet för en följd av år (1985–1999), för att undvika effekter som endast beror på variationer i klimatet mellan olika år.
3.4.1 Bruttobelastning
Bruttobelastningen av fosfor har beräknats för ett avrinningsområde genom att summera punktutsläppen och de diffusa belastningarna i området. Den diffusa belastningen för alla markanvändningar har baserats på empiriska samband mellan uppmätt koncentration (typhalt) och avrinning för mindre områden med relativt homogena markanvändningar. Avrinningen har liksom för kväve beräknats med HBV-modellen. Markläckaget har beräknats genom att koppla arealer för olika markanvändningar till respektive typhalt och avrinning för respektive TRK-område med hjälp av GIS samt genom att slutligen summera läckagen från de olika markanvändningarna. Utsläppen från punktkällor har baserats på uppmätta data och scha-blonberäkningar.
Underlaget till beräkningarna av bruttobelastningen beskrivs utförligare under avsnittet 4 Databaser och beräkningsunderlag.
3.4.2 Antropogen fosforbelastning
På samma sätt som för kväve har det naturliga fosforläckaget, den s k. bakgrundsbelastningen, beräknats. Bakgrundstyphalter för respektive markläckage har uppskattats och bakgrundsbelastningen har beräknats på liknande sätt som bruttobelastningen. Den antropogena bruttobelastningen har beräknats genom att subtrahera den naturliga bakgrundsbelastningen från den totala bruttobelastningen.
3.4.3 Källfördelning för fosfor
Källfördelningen har beräknats som respektive källas bidrag av den totala bruttobelastningen och genom att summera resultaten för TRK-områden, huvudavrinningsområden och slutligen för havsbassängernas tillrinningsområdena.
4. Databaser och beräkningsunderlag
Indata till beräkningarna har hämtats från ett antal databaser och sammanställningar utförda av
myndigheter/institutioner, län, vattenvårdsförbund m m. I tabell 1 redovisas de data som utnyttjats samt deras förädling. De beskrivs utförligare i texten nedan.
Tabell 1. Indata och beräkningsunderlag för kväve- och fosforbelastning samt källfördelning av dessa.
Indata Antal etc. Bakgrundsdata Kommentar Gränser, områden:
Huvudavrinningsområden 119 SMHI TRK-områden 1 000 SMHI
Havsbassänger 6 HELCOM1, OSPAR1, (SMHI)
Utlakningsregioner 22 SCB, 18 produktionsområden Ökad uppdelning av SLU Markanvändning:
Jordbruksareal Jordbruksverkets blockkartor Överlagrade röda kartans öppna mark
Grödofördelning i blocken IAKS1, Jordbruksverket
Skog, kalfjäll och glaciär, fjällmyr och sankmark, övrig öppen mark, sjö
Översiktskartan (Röda kartan) 1: 250000, Lantmäteriet
Rastrering och justeringar mot jordbruksareal och areal avverkad skog av SLU
Hyggesareal Hyggesanmälningar från ”Kotten” år 1997–2000 (Skogsstyrelsen) kom-pletterade med
Skogsstatistisk årsbok för norra Sverige 1989-1996.
Typhalter, kväve:
Jordbruksläckagehalter beräknade med SOILNDB utifrån:
Ca 1 650 använda ombinationer
Matris för utlakningsregioner (22), grödor (15), jordart (10)
Klimatserier 1961–1990 (daglig ne-derbörd, temperatur, solinstrålning, luftfuktighet och vindhastighet), en för vardera utlakningsregion
22*5 klimat-variabler
SMHI
Årsmedelavrinning per utlaknings-region från vattenbalanskartan 1961–1990 (s.k. målavrinning)
Viktade till de 22 utlaknings-regionerna
Vattenbalanskartan SMHI Bearbetning SLU
Gödsling samt normskörd per pro-duktionsområde
SCB
Jordartskarta för åkermark 10 jordartsklasser SLU (Eriksson et al 1999) Typhalter för kalfjäll (inkl glaciär),
sankmark och fjällmyr samt övrig öppen mark
Hav-90 (Löfgren och Olsson 1990), kompletterade med nya sammanställningar utifrån mätda-ta i små represenmätda-tativa områden hämtade från nationella, regionala och intensiva miljöövervaknings-programmen för sötvatten
Säsongsmedelvärden Sankmark uppdelade på tre regioner enligt skogens indelning, öppen mark efter utlaknings-regioner
Typhalter för skogsmark Sammanställningar baserade på mätdata i små representativa områden (Löfgren och Westling 2002, Löfgren och Olsson 1990)
Skogsmarken har indelats i tre regioner: SV, SO och N
Typhalter för hyggen
Atmosfäriskt nedfall på skog
För rutor om 20*20 km
Sammanställning av mätdata i små avverkade ytor (Löfgren och Westling 2002, Löfgren och Olsson 1990)
MATCH1 beräkningar, SMHI
(Lagner et al. 1996)
För hyggesläckage-beräkning Dagvatten från hårdgjorda ytor Schabloner sammanställda av
Chalmers Tekniska Högskola (Karlsson och Svensson 1997) Atmosfäriskt nedfall på sjöar För rutor om
20*20 km
MATCH beräkningar, SMHI (Lagner et al. 1996) Månadsvärden
Avrinning:
Nederbörd, temperatur 1981–1999 Dagliga värden för rutor om 4*4 km
SMHI Markanvändning, skog, öppen mark,
i höjdintervall för TRK-områden
Översiktskartan (Röda Kartan) 1: 250000, Lantmäteriet
Bearbetning SMHI och SLU Koppling mellan TRK-områden SMHI
Regleringsstrategier för större dammar
Regleringsföretag Bearbetning SMHI Vattenföringsobservationer 1981–1999 Kalibrering ca 230 st, validering ca 130 st SMHI Typhalter fosfor:
Typhalter för kalfjäll (inkl glaciär), myr och sankmarker, betesmark
SLU, mätdata från små homo-gena områden hämtade från nationella, regionala och intensiva miljöövervaknings-programmen för sötvatten
Årsmedelvärden Typhalter för skog, sankmark, övrig
öppen mark; regressionssamband kopplat till avrinning från
vattenba-lanskartan 1961–1990 25*25 km
Hav-90 (Löfgren och Olsson 1990)
Avrinningskarta, SMHI Årsmedelvärden
Typhalter för hygge Hav-90 (Löfgren och Olsson 1990)
Typhalt för jordbruksläckage, base-rade på:
Antal djurenheter SCB, Lantbruksregistret 1999 per församling
Rastrerat av SLU Jordartssammansättning Raster
(interpolerat)
SLU (Eriksson et al. 1999) Fosforinnehåll i matjorden Raster
(interpolerat)
SLU (Eriksson et al. 1997) Punktutsläpp:
Utsläpp från reningsverk Ca 1 150 st Naturvårdsverket (mätningar och schabloner)
Kompletterade med utsläpps-koordinater
Utsläpp från större industrier Ca 130 st Naturvårdsverket (mätningar) Kompletterade med utsläpps-koordinater
Utsläpp från enskilda avlopp uppdelade på TRK-områden
Antal året-om-boende och antal fritidshus med enskilt utsläpp från SCB, schabloner från Naturvårdsverket Övriga underlag för
kväve-retentionsberäkning: Recipientdata och miljööver-vakningsdata för sötvatten från mätstationer för kalibrering
Ca 500 mätplatser
SLU, DMN1, länsstyrelser, samt
från projektet Kväve från land till hav (Naturvårdsverket 1997) Sjödjup- och sjövolym SMHI, mätningar samt skattningar
utifrån region och sjöarea
1) Förkortningar:
DMN Databas för miljö- och naturvård, Länsstyrelserna HELCOM Helsingforskommissionen
OSPAR Oslo - Pariskommissionen
IAKS Integrerat administrativt kontroll system, Jordbruksverket MATCH Atmosfärs-kemisk modell, SMHI
4.1 Områdesbeskrivning
Sverige är indelat i 119 huvudavrinningsområden (se fi g. 2). Dessa defi nieras som de vattendrag vars avrinningsområden vid mynningen i havet har en areal från ca 200 km2 och uppåt. De är numrerade och
börjar i norr med Torneälven som nummer 1. Mellan två huvudavrinningsområden fi nns ett landområde, inom vilket det kan fi nnas ett eller fl era mindre vattendrag med mynning i havet. Dessa kallas kustvatten-drag och landområdet kustområde (som numreras utifrån omkringliggande huvudavrinningsområden, t.ex. kustområde 52/53 mellan vattendragen 52. Gavleån och 53. Dalälven). Huvudavrinningsområdena samt kustvattendragen har vidare delats in i mindre delavrinningsområden (ca 12 000 stycken i Sverige) med en genomsnittlig area av ca 40 km2. Huvud- och delavrinningsområdena fi nns beskrivna i SMHI
rapporter (1994, 1996, 1998, 2000). Uppgifter om vattendelare, hydrologisk koppling, andel sjö samt sjö-djupsförhållanden i de olika delavrinningsområdena fi nns i Svenskt Vattenarkiv (SVAR) på SMHI.
I TRK-projektet har de olika markanvändningarnas areal beräknats för de små delavrinningsområdena, medan brutto- och nettobelastningen samt retentionsberäkningen utförts för något större avrinningsom-råden, som benämns TRK-avrinningsområden. Sverige har delats in i 1 000 TRK-områden med en area som i södra Sverige i regel ligger mellan 200–450 km2 och i norra 400–700 km2 (fi g. 3). De omfattar både
huvudavrinningsområdena och mellanliggande kustområden. Öar längs kusten, utom de största (Öland, Gotland, Orust och Tjörn), ingår f.n. inte i SMHIs delavrinningsområden, men belastningen har beräknats separat för dessa. TRK-systemet är uppbyggt för att göra alla beräkningar på delavrinningsområdes- skalan (dvs. för de 12 000 delavrinningsområdena), men det bedömdes inte genomförbart i detta projekt på grund av tids- och ekonomiska resurser, osäkerheter i indata och målet att uppnå rimliga kvalitetskrav.
Sveriges omkringliggande hav har delats upp i 6 bassänger (fi gur 4), nämligen Bottenviken, Bottenhavet,
Egentliga Östersjön, Öresund, Kattegatt och Skagerrak. Göta älv hänförs till Kattegatt, men mynnar i gränsområdet mellan Kattegatt och Skagerrak och påverkar båda havsbassängerna.
Figur 4. Indelning i havsbassänger.
Beräkningen av jordbruksläckagehalter har baserats på SCBs produktionsområden, varav några har delats för att bättre ta hänsyn till de klimatgradienter som fi nns i de ursprungliga områdena. De 22 utlakningsre-gioner som har använts i projektet framgår av fi gur 5.
180 150 170 160 140 130 120 60 110 52 100 51 90 40 80 72 71 12 22 11 30 21
Figur 5. Utlakningsregioner. Regionerna baseras på SCBs produktionsområden, varav några har delats.
I TRK-projektet har till produktionsområdesbeteckningarna lagts en etta/tvåa för att markera de delade områdena och en nolla till odelade områdena.
För skogsläckageberäkningar har Sverige delats in i tre delar. Gränsen mellan norra och södra Sverige har dragits längs norrlandsgränsen (limes norrlandicus). För att den inte skall skära genom huvudavrin-ningsområden vid retentionsberäkningarna har den anpassats till att följa södra gränsen av Dalälvens avrinningsområde. För södra Sverige har en uppdelning skett i sydvästra och sydöstra Sverige, där grän-sen följer huvudvattendelaren mellan tillrinningsområdena för Egentliga Östersjön inklusive Öresund och för Västerhavet (Kattegatt och Skagerrak).
4.2 Bestämning av arealer av olika markanvändningar
Uppgifter om den allmänna marktäckningen har baserats på Översiktskartan (tidigare röda kartan) från Lantmäteriet med upplösning 1:250 000. Ytorna från vektorskikten i Översiktskartan har lagts samman och resultatet har rastrerats rikstäckande med 25 m upplösning för att få gränserna mer exakt. Utanför Sverige har en komplettering skett med hjälp av marktäckningsrastret från GRID-Arendal för Östersjöns avrinningsområde. Det innebär att uppgifter om areor för jordbruksmark och hygge saknas för tillrin-ningsområden som ligger i Finland och i Norge.
Öppen mark norr om 6750000 respektive väster om 1765000 i Rikets koordinatsystem har klassats som fjäll. Sankmark/myr inom fjällområdet har benämnts fjällmyr, övrig sankmark har betecknats lågmyr. Okänd mark har klassats som skog.
Översiktskartans marktäckning har överlagrats med jordbruksmark enligt Jordbruksverkets blockdata-bas och datablockdata-basen IAKS (Integrerat Administrativt Kontroll System), som är underlaget för ansökningar om jordbruksstöd från EU. IAKS är juridiskt bindande, varför den har tillåtits dominera om det fanns kon-kurrerande arealuppgifter och överlagringen beskrivs närmare nedan. En överlagring har också gjorts för avverkad skogsareal enligt Skogsstyrelsens statistik över kalavverkning vilket beskrivs nedan.
Arealen av varje marktäckning har sedan beräknats för varje delavrinningsområde. Ytan av alla mark-täckningsklasser har summerats och jämförts med delavrinningsområdets geometriska areal. Över- eller underareal har korrigerats proportionellt för alla klasser utom för jordbruk och hygge, så att summan av delarealerna har blivit lika med den geometriska arealen.
Delavrinningsområden enligt SMHI:s indelning har kompletterats med ett mer heltäckande skikt för att inkludera areal på öar. Detta har åstadkommits genom att kombinera delavrinningsområden med SMHI:s havsområden. Gränslinjer mellan delavrinningsområden och havsområden har justerats vid kusten, varvid överlappande områden har räknats till kustområdena. Areal på öar har tilldelats det havsområde som fi nns närmast mittpunkten. För de nordliga belägna öarna Holmöarna, Bonden och Gran har havsbassängstill-hörighet skapats.
Den i projektet framtagna markanvändningen i Sverige redovisas i fi gur 6 och sammanställt som mark-användningen i tillrinningsområdena till havsbassängerna i tabell 2.
Figur 6. Markanvändning i Sverige. Förstoringen visar ett avsnitt norr om Vänern med delar av Karlstad
Tabell 2. Markanvändningen i tillrinningsområden till havsbassängerna, km2. Skogs-mark Hygge Jordbruks-mark Def.+Odef. Öppen mark Kalfjäll Glaciär Fjäll-myr Sank-mark
Sjöar Tätort Summa
Bottenviken 75 053 3 987 950 2 599 22 292 480 233 15 215 8 307 384 129 500 Bottenhavet 121 391 13 772 3 966 3 393 18 004 4 1 342 13 794 12 956 1 056 189 677 Östersjön 44 166 1 815 17 095 6 196 0 0 0 2 222 12 507 2 118 86 119 Öresund 495 12 1 983 311 0 0 0 9 20 198 3 028 Kattegatt 41 470 2 330 9 564 4 653 84 0 1 2 390 4 750 1 916 67 159 Skagerrak 3 023 97 887 709 0 0 0 118 451 110 5 396 Summa 285 598 22 013 34 446 17 861 40 379 483 1 576 33 749 38 991 5 783 480 878 Utom Sverige 17 427 1 922 8 269 228 2 1375 77 29 301 Sverige 268 171 22 013 34 446 15 938 32 110 255 1 576 33 747 37 615 5 706 451 577 4.2.1 Jordbruksmark
Jordbruksarealer har erhållits från Jordbruksverkets blockdatabas och databasen för EU-stödansökningar IAKS. Jordbruksarealerna är i databaserna indelade i block motsvarande jordbruksfält som hör sam-man utan avbrott av naturliga hinder som vägar eller av administrativa gränser som län. Geometrin för blocken lagras i blockdatabasen och sökt stödareal lagras i IAKS-databasen. De har en kopplingsnyckel för sammanlänkning, vilken är koordinatbaserad och anges med 11 siffror. Kopplingsnyckeln ändras vid anmärkning på felaktig eller ändrad geometri av jordbruksföretagaren, men blockdatabasen uppdateras inte samtidigt med IAKS, vilket gör att ändrade block inte matchar i databaserna periodvis. De data som använts för beräkningen är blockdatabaserna för 1999 och 2000, samt IAKS för 1999.
IAKS-arealerna har jämförts med motsvarande blocks arealer. Jordbruksverkets toleranser för avvikelse mellan block-area och IAKS-area är indelade i fyra storleksberoende klasser med inbördes något olika kriterier (tabell 3).
Tabell 3. Teknisk tolerans av avvikelser (IAKS>block area) mellan IAKS och blockdatabasens area.
Area av block (ha) Tillåten avvikelse 0–2,0 0,1 ha 2,01–20,0 5 % 20,01–50,0 1 ha > 50,01 2 ha
Inom projektet har arealerna hanterats enligt Jordbruksverkets toleransgränser, så att de IAKS-arealer som föll inom toleransgränsen fi ck kvarstå, dvs IAKS-arealen kan då överstiga blockets geometriska areal med ca 5 %. I de fall då IAKS arealuppgift har överstigit blockets areal med mer än vad Jordbruksverkets tole-ranser tillåter, har IAKS-arealen reducerats till blockytans area.
Då kopplingsnyckeln i IAKS saknade motsvarande block 1999 har vi i projektet undersökt om ko-ordinaterna för IAKS-arean var geografi skt placerade inom något block 1999 eller 2000. Ett cirkulärt block med IAKS-arealen har skapats när inget block motsvarade IAKS-koordinaterna. Ingen kontroll har gjorts om cirklarna överlappade andra block eller varandra geometriskt. Koordinaterna för IAKS har även använts för att kontrollera att IAKS-arealen ligger inom det block den hade kopplingskod till. När jordbruksblocken skar över gränser mellan två delavrinningsområden, har de vektorbaserade blocken för-delats med proportionell fördelning av blockens grödor på delavrinningsområdena.
Blocken 1999, med tillägg från 2000, och cirklarna har rastrerats med 25 m upplösning och 50 % gräns och har sedan lagts in i marktäckningen som jordbruksmark.
För att hantera beräkningen av bruttobelastning från olika markanvändningar har en markanvänd-ningstabell sammanställts fördelad per delavrinningsområde. I denna ingår för jordbruksmark fi ktiv
jordbruksmark, defi nierad jordbruksmark och odefi nierad jordbruksmark. Fiktiv jordbruksmark utgörs
av överskjutande areal av den rastrerade blockytan i jämförelse med den vektorbaserade blockytans area (den rastrerade blockytan är något större än den vektorbaserade blockytans area på grund av att rastre-ringen har utförts med 50 % gräns). Defi nierad jordbruksmark motsvarar area av sökt stöd i IAKS med justering enligt toleransgränserna ovan. Odefi nierad jordbruksmark motsvarar area av block som helt eller delvis saknar sökt stödarea och därmed inte har någon defi nierad gröda (men som antogs utgöras
av jordbruksmark). Fiktiv jordbruksmark har inom projektet antagits vara skogsmark. Den odefi nierade jordbruksmarken har antagits utgöras av åkermark som inte anmälts för stöd, betesmark som inte anmälts eller nedlagd åkermark.
Den defi nierade jordbruksarealen enligt IAKS har antagits ha högst prioritet och noggrannhet genom de juridiskt bindande uppgifterna. Om IAKS-arean alltid var lika med eller mindre än blockytans area skulle all defi nierad och odefi nierad jordbruksarea rymmas inom den rastrerade blockytans area, men eftersom visst överskridande av IAKS-arean har godtagits har markanvändningstabellen justerats för att inte inkludera överlappande area. Då IAKS-arealen var större än blockytan (maximalt ca 5 % större enligt Jordbruksverkets toleransgräns) har den fi ktiva jordbruksmarken minskats i markanvändningstabellen med motsvarande area. När IAKS-arealen var större än även den fi ktiva jordbruksmarken, har i första hand areal öppen mark minskats och i andra hand övriga marktäckningsklasser utom hygge proportionellt mot deras respektive areal.
4.2.2 Avverkad skogsmark
Efter en slutavverkning av skogsarealer sker en återetablering av vegetationen med tiden, vilken varierar i hastighet i landet. I södra Sverige tar det 3 till 6 år och ofta dominerar gräs på hygget innan plantor och lövuppslag skuggar marken. I norra Sverige tar etableringen avsevärt längre tid innan vegetationen kan ta upp tillgängligt kväve, i vissa fall mer än 10 år (Lundmark 1999, Löfgren och Olsson 1990). För fosfor bedöms att etableringen av vegetationen tar 3 år efter avverkning i hela Sverige innan tillgängligt fosfor tas upp (Löfgren och Olsson 1990).
Arealer av slutavverkad skogsmark för södra Sverige har erhållits från Skogsstyrelsens data-bas ”Kotten” digitalt för 1997–2000. För norra Sverige har denna kompletterats med uppgifter från Skogsstatistisk årsbok om avverkning 1989–1996 på länsnivå. För norra Sverige gäller därmed hyggesa-realerna under 12 år och för södra Sverige 4 år för kväveberäkningarna. För fosfor har enbart ahyggesa-realerna för 3 år använts (1998–2000).
Avverkade arealer har kopplats till delavrinningsområde. Skogsarealen från översiktskartan har redu-cerats med hyggesarealen. I tre delavrinningsområden har avverkad areal överskridit tillgänglig areal skogsmark och då har arealen för övriga marktäckningar, utom jordbruksmark, minskats proportionellt. I ett fall har avverkad skogsmark överskridit hela delavrinningsområdets area och då har den minskats till delavrinningsområdets geometriska area.
För huvudavrinningsområdena som dräneras till Bottenviken har hyggesarealen beräknats till mellan 4 och 8 % av total skogsareal, till Bottenhavet mellan 7 och 17 % samt för södra Sverige mellan 2 och 6 %. Eftersom databasen Kotten utgörs av anmäld avverkning kan hyggesarealerna vara överskattade.
4.3 Typhalter för kväveberäkning
Sammanställning av typhalter för jordbruksläckaget i olika utlakningsregioner för olika jordarter och grö-dor återfi nns i bilaga 1, tabell 3. För de övriga markanvändningarna återfi nns typhalterna i bilaga 2. 4.3.1 Indata till och beräkning av typhalter för jordbruksmark
En generaliserad beskrivning av utlakningen krävs, om den samlade utlakningen från all åker-mark i ett större område, eller som i detta fall för hela Sverige, ska beräknas. I detta arbete har en matematisk modell, SOIL/SOILN, och ett till denna kopplat simuleringsverktyg, SOILNDB (Johnsson et al. 2002) använts, för att göra denna generalisering. Modellen beräknar rotzonsutlak-ningen av kväve för olika kombinationer av grödor, gödsling, normskörd, jordbruksstrategier (som tidpunkt för jordbearbetning, sådd och skörd), jordart och klimatfaktorerna nederbörd, tempera-tur, solinstrålning, luftfuktighet och vindhastighet samt avrinning. SOIL är en hydrologisk modell som simulerar omsättningen av vatten i en markprofi l och SOIL-N är en växtnäringsmodell som simulerar växtnäringsbalansen i en markprofi l med ett stort antal processer inkluderade (fi gur 7).
Figur 7. Schematisk skiss över SOIL-N-modellen och simulerade processer i modellen.
SOIL/SOIL-N-modellen användes inom projektet ”Kväve från land till hav” (Naturvårdsverket 1997) för att utreda hur långt man hade kommit i reduktionen av kvävebelastningen på havet mellan 1985 och 1995. Sedan dess har simuleringsverktyget SOILNDB utvecklats. Programmet SOILNDB är uppbyggt som ett ”skal” runt modellerna SOIL/SOILN och en parameterdatabas. Val av indata är länkade till procedurer för automatisk parameterisering av modellen från data i parameterdatabasen. Parameterdatabasen genererar alltså specifi ka uppgifter, till exempel om markens fysiska och kemiska beskaffenhet, för beräkningarna från de indata angående jordart etc. som angetts. Med SOILNDB kan de arbets- och tidskrävande momenten att sätta parametrar, köra modellen och presentera resultat reduceras, vilket effektiviserar beräkningarna och gör det möjligt att utföra beräkningar för många olika odlingssituationer. Effektiviseringen möjliggör att ett eller fl era fält med fl era års odling kan beräknas i en följd, växtföljd, till skillnad från beräkningarna i projektet ”Kväve från land till hav”, vilka baserades på antagande om monokultur.
Kväveutlakningen varierar kraftigt från år till år, huvudsakligen beroende på stor variation i avrin-ningen. Att bestämma utlakningen för enskilda år och jämföra dessa för att t.ex. utröna resultatet av förändrade odlingsåtgärders effekt på utlakningen kan därför bli starkt missvisande. En normaliserad vä-derleks- och avrinningssituation är därför en bättre bas för en sådan bedömning. Utlakningen har därför baserats utgående från en längre tidsperiod av väderdata som representerar ett normalklimat och utifrån detta har årsmedelutlakningen eller ”normalutlakningen” beräknats (i analogi med de av SCB för vart år beräknade normskördarna). SOILNDB genererar normaliserat årsmedelvärde av bruttoläckaget (nor-malutlakningen) vid rotzonen på 1,5 m djup, kg/ha och år, och genererar även medelkoncentrationen (typhalter) i rotzonen från jordbruksmark, mg/l, för en matris av olika typsituationer med kombinationer av grödor, jordar, regioner (klimat) och gödsling.
Eftersom beräkningarna av typhalter är mycket tidskrävande har antalet regioner för vilka beräkningar utförts begränsats till 22 områden, eller ”utlakningsregioner”, för hela Sverige. Utlakningsregionerna baseras på indelningen av SCBs 18 produktionsområden på jordbruksmark, PO18. Fyra av de 18 pro-duktionsområdena har delats för att ta hänsyn till stora nederbördsgradienter vilket ger totalt 22 stycken
utlakningsregioner (fi gur 5, avsnitt 4.1). Produktionsområde 1 Skåne-Hallands slättbygd har således de-lats i utlakningsregion 1a och 1b, produktionsområde 2 Sydsvenska mellanbygden i regionerna 2a och 2b, produktionsområde 5 Vänerslätten i regionerna 5a och 5b, samt produktionsområde 7 Sydsvenska hög-landet i utlakningsregionerna 7a och 7b. Inom projektets databaser har beteckningarna ändrats med tillägg av en etta/tvåa för att undvika beteckningarna a och b vid datorberäkningarna samt nolla för icke delade områden, d.v.s. 1a=11, 1b=12, 2a=21, 2b=22, 3=30 osv.
För varje utlakningsregion har klimatstationer valts ut som är så representativa som möjligt för respek-tive region. Dagliga observationer av nederbörd, vind, temperatur, luftfuktighet och solinstrålning från tjugoårsperioden 1980–1999 har använts för långtidssimuleringarna med SOILNDB. Tjugo år har ansetts vara en tillräckligt lång tidsperiod för att representera ett ”normalväder”. Nederbörden i klimatserien har iterativt anpassats tills avrinningen beräknad enligt SOIL överrensstämde med medelavrinningen på fl erårsbasis för regionen (s k. målavrinning). Målavrinningen har baserats på SMHIs Sverigetäckande långtidsmedelavrinning 1961–1990, som bygger på beräkningar i ett rutnät om 25*25 km (Brandt et al. 1994), och en utmaskning av jordbruksmarken.
Växtsekvenser (växtföljder) med en längd av 10 000 år har skapats för varje region. Följden av grödor i dessa har slumpats med hjälp av en för ändamålet skapad växtföljdsgenerator. Sannolikheten för före-komst av olika grödor i växtsekvensen har viktats i proportion till deras areella föreföre-komst. Det innebär att om en gröda exempelvis täckt 10 % av den total arealen av simulerade grödor i en region så har den också förekommit under 10 % av åren i växtsekvensen. SCBs arealstatistik baserad på lantbruksregistret 1999 sammanställd för de 18 produktionsområdena har utnyttjats för skapa växtsekvensen. Slumpningen har utförts så att vissa kombinationer av grödor ej tillåtits förekomma. Dessa begränsningar har motiverats av att dessa grödkombinationer ej är möjliga eller att de aldrig förekommer.
Uppgifter om normskörd för grödor har erhållits för de 18 produktionsområdena 1999 från SCB, Lantbruksregistret. Sammanställningen om normskörd baseras på att grödan odlas i tillräcklig omfattning för att ge ett beräkningsunderlag. Uppgifter om slåttervall insamlades inte 1998–1999 utan en trend-linje har använts för att ge normskörden 1999 från uppgifter från 1997. Normskörden för en gröda i ett produktionsområde har beräknats av SCB som ett arealvägt medelvärde av grödans normskördar med grödoarealerna i skördeområdet (SKO) och skördeområdets andel inom produktionsområdet som vikt. Handelsgödselgiva och stallgödselgiva (kg N/ha) har levererats från SCBs gödselmedelsundersökning 1999, per 18 produktionsområden. Gödselgiva på våren respektive på hösten, tidpunkt för gödsling vår och höst samt uppgifter om skörderester har levererats från samma undersökning.
Jordarten är viktig för jordbruksläckageberäkningarna. Jordartskartan för åkermark i Sverige har pro-ducerats i samband med en inventering av miljötillståndet i Svensk åkermark, som utfördes av SLU och SCB på uppdrag av Naturvårdsverket och Jordbruksverket (Eriksson et al. 1999). Proverna är tagna i mat-jorden och sammanlagt cirka 3 100 prover ligger till grund för kartan, vilket motsvarar cirka 1 prov per 900 ha åkermark. Jordarterna är indelade i 12 internationella jordartsklasser (10 klasser fi nns represente-rade i Sverige), enligt FAOs standard (Food and Agricultural Organization of the United Nations). Data från inventeringen har extrapolerats inom projektet för att få en heltäckande jordartskarta på åkermark i Sverige (fi gur 8).
Figur 8. Jordartskarta för åkermark, baserad på Eriksson et al. (1999).
Halten organiskt material i marken har för samtliga jordar och regioner satts till medelvärdet för mineral-jordar i Sverige (4,3 %) enligt den riksprovtagning av svenska mineral-jordar som nyligen genomförts (Eriksson et al. 1997).
Normalutlakningen och typhalterna har beräknats för kombinationer av gröda-jordart-utlakningsregion för varje gröda med areal > 1 % av totala åkerarealen och för jordarter med arealtäckning > 1 % av totala arealen åkermark inom utlakningsregionen. Normalutlakning och typhalter för totalt 13 grödor har beräknats och uttag av arealer från IAKS har utförts med gruppering enligt de 13 grödorna (bilaga 1). Även betesmark fi nns representerad och typhalten har beräknats som ogödslad vall. Grödor som upptar en mycket liten yttäckning har summerats vid uttaget från IAKS inom beteckningen små grödor. Typhalter för de små grödorna har beräknats som medel av typhalter för alla grödor exklusive vall och bete på respektive jordart. Den odefi nierade jordbruksmarken har ansatts en typhalt som består av medelvärdet av typhalterna för samtliga grödor inklusive bete som fi nns inom respektive utlakningsregion. För beräk-ning av jordbruksmarkens naturliga läckage av kväve, det s.k. bakgrundsläckaget, har typhalten för bete (ogödslad vall) valts.
När en kombination av gröda-jordart-utlakningsregion existerar med mindre ytrepresentation av grödan eller jordarten än 1 %, har typhalten beräknats som ett medelvärde av typhalter inom samma
utlakningsre-gion för en mer representerad kombination av gröda-jordart. I första hand har ett medelvärde av typhalter för gällande gröda med samtliga beräknade kombinationer av jordarter använts, i andra hand (om typhal-ten för grödan inte beräknats på någon jordart inom gällande utlakningsregion) medelvärdet av typhalter för alla beräknade grödor utom vall och bete på aktuell jordart och i sista hand (om typhalten inte beräk-nats för någon gröda med aktuell jordart inom gällande utlakningsregion) ett medelvärde av typhalten för alla grödor utom vall och bete av samtliga beräknade kombinationer av jordarter.
Beräknad normalutlakning och typhalter för jordbruksmarkens läckage återfi nns i bilaga 1. För att göra en heltäckande beräkning av jordbruksmarksläckaget för Sverige har varje delavrin-ningsområde kopplats i GIS till en utlakningsregion. Inom delavrindelavrin-ningsområdet har jordbruksblocken fått tilldelning av jordart från jordartskartan vilket kopplas till respektive grödas areal inom blocket. Dominerande jordart inom blocket har antagits som gällande jordart inom blocket. Arean för varje gröda-jordart kombination har sedan summerats per delavrinningsområde. Nyckeln för tilldelning av typhalter för jordbruksmark är därmed utlakningsregion, gröda och jordart.
I underlagsrapporten Kväveläckage från svensk åkermark–Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999, fi nns en utförligare modell- och beräkningsbeskrivning.
4.3.2 Typhalter för skogsmark
Markläckaget från skogen är normalt lågt och är mindre än det atmosfäriska nedfallet, vilket innebär att skogen tar upp kväve. Det mesta av den kunskap som inhämtats om kväveförlusterna från skogsmark till ytvatten baseras på undersökningar utförda i små, heterogena områden med varierande inslag av olika marktyper och förekomst av ytvatten. De kväveförluster som uppmätts är därför inte representativa för enhetliga skogsbestånd på enhetliga jordar utan de är snarare representativa för den mosaik i landskapet som lite större skogsområden uppvisar. Kväveförlusterna skattas dessutom normalt från uppmätta halter och vattenfl öden i små bäckar, vilket innebär att retention i vegetation och mark haft full verkan både i in- och utströmningsområden. Detta skiljer skattningarna från jordbruksmark där förlusterna skattas direkt under rotzonen varefter markretentionen simuleras för att beräkna läckaget till ytvattensystemen.
I detta arbete har nya fl ödesvägda typhalter för förluster av kväve från skogsmark med växande skog och hyggen tagits fram för de fyra årstiderna för sydöstra respektive sydvästra Sverige (Löfgren och Westling 2002), baserade på mätningar i 23 små skogsdominerade avrinningsområden, varav nio ligger i naturreservat och är obrukade skogsområden. Gränsen mellan sydvästra och sydöstra Sverige följer hu-vudvattendelaren i södra Sverige mellan Östersjöns och Västerhavets tillrinningsområden. Medianvärdet baserat på fl ödesvägda månadshalter för perioden 1984–1999 har använts som typhalter av kväveförluster från växande skog.
Vid tidigare beräkningar av skogsmarkens bidrag av kväve har det linjära sambandet mellan årlig av-rinning och arealförluster utnyttjats, samt antagandet att nitratutlakningen varit högre från skog med hög bonitet (Löfgren och Olsson 1990). Skogsmark med hög bonitet har konstaterats sammanfalla i stort sett med områden där man kan befara kvävemättnad och därmed hög utlakning från skogsmark. Löfgren och Westling (2002) konstaterar att höga nitrathalter i markvatten främst har återfunnits i en smal zon längs landets kuster med hög kvävedeposition och att det främst är i dessa områden som förhöjd nitratutlak-ning eventuellt kan förväntas från växande skog, utan insektsangrepp eller andra påtagliga störnitratutlak-ningar. Stort förråd av kväve i skogsmarken i kombination med hög deposition av kväve har i internationella studier visat sig ge höga nitratförluster (sammanställning av Löfgren och Westling 2002). Depositionen av krondropp i Sverige når dock, enligt Löfgren och Westling, sällan de höga mängder som observerats ge signifi kanta förändringar i läckaget av kväve. Inom den nya sammanställningen har det konstaterats förhöjd nitratläckageutlakning i endast ett (Pipbäcken nedre, vid Hallandskusten) av de 9 avrinningsom-rådena med obrukad skog (referensområden) som inkluderades i studien. Varken deposition, bonitet, eller C/N-kvot (som mått på kväveförrådet i marken) har därför använts av Löfgren och Westling för att kor-rigera kväveutlakningen från växande skog.
Motsvarande underlag saknas för mellersta och norra Sverige (tillrinningsområdena till Bottenhavet och Bottenviken), vilket har inneburit att skattningarna för dessa områden är identiska med de som användes i Hav-90 (Löfgren och Olsson 1990). Gränsen mellan norra och södra Sverige har antagits följa ”limes norrlandicus”. Typhalter och regressionsmodeller enligt Hav-90 har kontrollerats mot resultat från mät-ningar som utförts i små skogsområden i norra och mellersta Sverige efter 1990.
