Göran Johansson och Arne Gustafson
Observationsfält på åkermark
Avrinning och växtnäringsförluster för det agrohydrologiska året 2006/07
samt en långtidsöversikt
Teknisk rapport 121 Uppsala 2008
Avdelningen för vattenvårdslära
Swedish University of Agricultural Sciences Division of Water Quality Management
Innehållsförteckning
Bakgrund ...………..…….. 4
Rapporteringsperiod ....……….………... 4
Material och metoder ……….……….. 4
Observationsfält med mätstationer ………..……… 4
Dräneringsvatten ………..………... 4
Grundvatten ………..…... 4
Analyser ……….……….. 5
Beräkningar ………...….. 5
Resultat och diskussion ……….….. 5
Grödor, stallgödsling ………...………...…..5
Nederbörd och avrinning ………....… 6
Dräneringsvatten, halter och transporter ……….………...……6
pH, konduktivitet och TOC ………..……… 6
Karbonat, sulfat och klorid ………...……….. 8
Natrium, kalium, kalcium och magnesium ……….………. 8
Ammonium-, nitrat- och totalkväve ……….……… 9
Fosfor ………...……….…..…..11
Grundvatten ………..……….... 13
Långtidsutveckling ………..………...…… 15
Referenser ………...…………...……16
Bilaga 1 ………...…………...……..… 17
Bilaga 2 ………..……...…………...…… 19
Appendix ………...………...…...…… 21
Långtidsutveckling ………..……… 21
Dräneringsvatten ……….………..22
Grundvatten ………..………….36
Observationsfält på åkermark
Avrinning och växtnäringsförluster för det agrohydrologiska året 2006/07 samt en långtidsöversikt
Observation fields on arable land
Discharge and nutrient losses for the agro-hydrological year 2006/07 and a long-term review
Göran Johansson och Arne Gustafson, avd. för vattenvårdslära, SLU, Uppsala
Abstract. The objective of the programme "Observation fields on arable land" is to monitor the influence of agricultural cultivation on the quality of surface water and groundwater within selected fields. At present it consists of thirteen fields. These have measuring devices for registration of discharge and are parts of the farmer’s regular operations. The fields (4-34 ha) cover various soil types, and cropping and fertiliser regimes.
In the agro-hydrological year 2006/07 all fields had higher precipitation compared to their long-term value. The discharge was also higher at all fields except for one field which had a slightly lower value compared to the long-term value. The concentrations of the major ions in the drainage and groundwater were representative in relation to the long-term values for all fields.
The leaching of nitrogen and phosphorus were in general with some exceptions also representative in relation to actual cropping sequence and hydrological conditions. However mainly due to the higher mean discharge during actual year (150 % of the long-term mean value) the actual mean losses of total nitrogen and total phosphorus amounted to 159 and 171 % respectively of the long-term mean value.
Nitrate nitrogen in groundwater was at all sites lower than the limit value for the nitrate directive.
Lerinnehåll* och driftsinriktning Clay content* and line of production Station
No
Lera (%) Clay percentage (%) Djup (cm) Depth (cm)
Driftsinriktning Line of production 0-20 cm 20-60 cm 60-90 cm
14 AC 10 11 17 #
16 Z 9 15 23 Mjölk dairy
1 D 29 50 64 Mjölk, ekologiskt 1988 dairy, organic farming since 1988
7 E 36 50 58 Nöt cattle
6 E 6 21 31 Växtodling crop production
20 E 50 69 69 Nöt, svin cattle, pigs
21 E 14 15 16 Växtodling crop production
5 O 6 22 42 Växtodling crop production
4 O 16 34 44 Köttdjur beef cattle
12 N 5 2 2 Mjölk dairy
11 M 36 32 36 Mjölk dairy
3 M 5 4 4 Nöt cattle
2 M 14 16 13 Växtodling crop production
* preliminära analysresultat från provtagning 2005 preliminary results after sampling in 2005
# fält 14 AC har ett antal försöksrutor med olika odling och gödsling
field 14 AC contains a number of experimental plots with different crops and fertilisation
Bakgrund
Samhället har såväl på ett nationellt plan som genom internationella överenskommelser, såsom nitratdirektivet (Jordbruksverket, 2006), uppställt klara miljömål för acceptabel inverkan på vattensystemen orsakade av bl. a. växt- och animalieproduktionen. Sektorsmål och åtgärdsprogram för reduktion av växtnäringsförluster från jordbruksmark till vatten- systemen har upprättats (Jordbruksverket, 2000). Genom miljöövervakning kontrolleras graden av måluppfyllelse, samtidigt som övervakningen interagerar med forskningen.
Observationsfält på åkermark är en metod för att följa jordbrukets förändrade odlingsåtgärder och hur detta inverkar på kvalitén på det avrinnande vattnet från jordbruksmarken.
Rapporteringsperiod
I denna rapport redovisas i första hand resultaten från observationsfälten för det agro- hydrologiska året (juli-juni) 2006/07 men även långtidsmedelvärden och långtidsutvecklingen för dränerings- och grundvatten visas i tabeller och figurer.
Material och metoder
Observationsfält med mätstationer
Observationsfälten ingår i lantbrukens normala drift och årligen rapporterar lantbrukarna in alla företagna odlingsåtgärder. Fälten, som varierar i storlek från 4 till 34 ha, är utvalda så att allt vatten i dräneringssystemet, förutom eventuellt tillkommande grundvatten, härstammar från det regn- eller bevattningsvatten som fallit på fältet. Via dräneringsledningarna förs det sedan till en mätstation där prov tas och flödet mäts med ett triangulärt överfall och en kontinuerligt skrivande pegel. Flertalet av mätstationerna är även utrustade med OTT Thalimedes-datalogger för automatisk registrering av vattenståndshöjden i Thomson- överfallet. Det är bara en station (nr 14 AC) som har separat mätning av yt- och dräneringsvatten. Om ytavrinnande vatten uppträder på övriga fält leds ytvattnet till särskilda samlingsbrunnar och förs sedan genom täckdikessystemet ut från fältet. Nederbörds- mängderna för de olika fälten hämtas från SMHI:s närbelägna stationer.
Vid större koncentrerade nederbördsmängder samt vid hastig snösmältning kan dämning nedströms eller översvämning i vissa fälts mätstationer förekomma, varvid flödesmätningen ofta störs mer eller mindre allvarligt under något eller några dygn. Detta inträffade i nämnvärd grad vid fält 2 M i jan. 2007, vid fält 4 O i okt. 2006 och jan. 2007 men framförallt i mars 2007, vid fält 7 E i okt. och nov. 2006 samt i jan. och framförallt mars 2007 samt även vid fält 14yt AC i jan. 2007. Skattning av avrinningen vid dessa högflödestillfällen blir naturligtvis behäftad med viss osäkerhet. Periodvisa problem med registreringsutrustningen vid fält 14dr AC under våren 2007 medförde utebliven/otillförlitlig nivåregistrering i överfallet, men täta manuella mätningar av provtagaren var värdefulla vid rekonstruktion av flödesförloppet.
Dräneringsvatten
Dräneringsvattnet provtas manuellt, som regel varannan vecka då flöde finns. Under högflö- den förekommer i vissa fall en förtätad provtagningsfrekvens. Alla analyser utförs av avd. för vattenvårdslära vid SLU, dit proven når inom ett dygn.
Grundvatten
Nio av fälten är sedan gammalt försedda med grundvattenrör. Antalet rör på varje fält varierar mellan 1 och 5 och de undersökta djupen varierar mellan 1,7 och 5,8 m. Prov på grundvattnet tas varannan månad och trycket mäts genom lodning en gång per månad.
Analyser
Tillämpade analysmetoder finns beskrivna i laboratoriets kvalitetsmanual (Anonym, 2007).
Som förbehandling vid fosfatanalys har vattenproverna t o m 30/6 2000 centrifugerats vid 3000 rpm under 20 min. Efter detta datum har proverna istället filtrerats genom Satorius cellulosaacetatfilter med porstorleken 0,2 µm före fosfatanalysen. En jämförelse hur de två förbehandlingarna påverkar fosfatanalysen redovisas i bilaga 1.
Beräkningar
Beräkningarna för dräneringsvattnen har gått till på följande sätt. Dygnskoncentrationer av de analyserade ämnena har interpolerats fram för tiden mellan provtagningarna. Dygnskoncen- trationerna har sedan multiplicerats med dygnsavrinningarna för att beräkna dygnstransporter som därefter summerats till årstransporter. Medelårstransporterna har beräknats som medel- värdet av årstransporterna. Årsmedelkoncentrationerna har räknats fram genom att dividera årstransporten med årsavrinningen. Långtidskoncentrationerna slutligen har beräknats genom att medelvärdet av årstransporterna dividerats med medelvärdet av årsavrinningarna för hela perioden. Beräkningsperiodernas längd för olika analyserade parametrar vid respektive station finns beskrivna i bilaga 2.
För grundvattnen gäller att årsmedelkoncentrationerna är raka medelvärdet av koncentra- tionerna vid de enskilda provtagningarna. Långtidskoncentrationerna är ett medelvärde av årsmedelkoncentrationerna.
Resultat och diskussion
Grödor, stallgödsling
Stråsäd var den dominerande grödformen på observationsfälten (tabell 1). Majs odlades delvis på ett av fälten i Skåne. Majs är näringskrävande vilket fordrar relativt intensiv gödsling. Vall odlades helt på två fält och korn med vallinsådd helt eller delvis på två andra fält. Potatis förekom på ett fält i Östergötland. Sockerbetor odlades helt eller delvis på två av fälten i Skåne. Oljeväxter förekom helt eller delvis på fält i Östergötland, Västergötland och Skåne.
Under vintern 06/07 förekom konventionellt plöjd mark eller stubbkultivering (helt eller delvis) på sex av fälten. Ett fält i Östergötland lämnades obearbetat efter potatisupptagning.
Vintergrön mark i form av höstvete, fånggröda, vall eller träda förekom helt eller delvis på nio av fälten. Normalt läcker plöjd mark mer kväve än oplöjd eller mark som är bevuxen med en gröda. Flerårig odling av gräsvall dämpar normalt kväveläckaget effektivt. Höstsäd räknas som vintergrön mark enligt jordbruksverkets författning (SJVFS 2003:66). I vissa lägen inverkar dock höstsäden bara försumbart på kväveläckaget och kan rentav ge högre läckage än vårsädesodling om höstbearbetningen sker sent (Torstensson & Håkansson, 2001). Sett över alla fält så är det därför bara de som har haft vall eller fånggröda över vintern där man med större sannolikhet kan förvänta sig ha en mer tydlig reducerande inverkan på kväveläckaget.
Fosforläckaget dämpas inte i samma grad av en vall eller fånggröda som kväveläckaget. Den lösta fosfatfosforn kan läcka lika mycket från en gödslad gräsvall som från stråsäd, medan förlusterna av den partikelbundna fosforn vanligen är något mindre från vall (Ulén, 2005).
Två fält flytgödslades delvis på hösten 2006. På fält 14 AC skedde spridningen i oktober varefter stubben tallriksharvades. På fält 11 M spreds flytgödsel på två skiften i december före nedplöjning av avdödad fånggröda. I övrigt tillfördes flytgödsel i växande gröda (sex fall), före vårsådd (tre fall) eller före höstsådd (ett fall).
Tabell 1. Grödor under odlingssäsongen 2006 och förhållanden under vintern 2006/07 på observationsfälten
Crops during the growing season 2006 and winter conditions 2006/07 in the observation fields
Lokal 06/07
Nr Län Gröda 2006 Vinter 06/07
14 AC Vårkorn* Stubbkultiverat
16 Z Korn med vallinsådd Vall
1 D Vall Vall
7 E Höstvete/Vårraps** Plöjd/Höstvete**
6 E Potatis Obearbetat efter potatisupptagning i sep.-06
20 E Höstvete Plöjd
21 E Höstraps Höstvete
5 O Vårrybs Höstvete
4 O Höstvete/Havre/Träda** Rågvete/Höstvete/Träda**
12 N Vall Vall (vallbrott i mars-07)
11 M Höstvete/Korn med vallinsådd/ Höstraps/ /Träda** Plöjd/Vall/Höstvete/Träda**
3 M Sockerbetor/Korn (med insådd fånggröda)/Majs** Delvis kultiverat
2 M Sockerbetor Plöjd
* fält 14 AC har även mindre arealer med annan gröda
** närmast mätstationen
Nederbörd och avrinning
Nederbörden var över normal på samtliga observationsfält. Vid de tre fälten i Skåne var nederbörden över 1000 mm (tabell 2). Till följd av den rikliga nederbörden blev avrinningen högre eller mycket högre än normalt vid samtliga fält utom fältet i Södermanland.
Nederbördens och den efterföljande avrinningens storlek har betydelse för masstransportens storlek på så sätt att jorden tvättas ur mer effektivt på utlakningstillgängliga näringsämnen när stora vattenmängder perkolerar genom markprofilen (Gustafson, 1988).
Dräneringsvatten, halter och transporter pH, konduktivitet och TOC
Åkerjordens surhetsgrad beror förutom av jordarten på en rad biologiska och kemiska processer. Svavelnedfall med nederbörden komplicerar bilden ytterligare. Gödsling med kalk- salpeter, totaloxidation av mull, ammonifiering och denitrifikation verkar höjande, medan gödsling med ammoniumgödselmedel, nitrifikation och svavelnedfall verkar sänkande på pH.
Svängningar kan följaktligen förväntas i markvattnet beroende på vilka processer som över- väger för stunden, men framförallt blir jordens egen buffringsförmåga avgörande. För lågt pH åtgärdas normalt med kalkning av åkermarken varvid pH-värdet stiger. I dräneringsvattnet kan pH och buffertförmågan (alkaliniteten) tillfälligt sjunka i samband med mycket inslag av nederbörd, speciellt smältvatten, och öka under perioder med mycket inslag av grundvatten i dräneringssystemet. Merparten av stationerna hade ett årsvärde i intervallet 6,6-7,7 och med inte särskilt stora avvikelser från långtidsmedelvärdet (tabell 3). En station (14 AC) hade lågt pH (5,0) i dräneringsvattnet vilket är nära långtidsmedelvärdet. Orsaken till det låga värdet kan sökas i en pågående sulfidoxidation med svavelsyrabildning som följd vilket leder till lågt pH, men det är en helt normal situation för den jordtyp som stationen representerar.
Konduktiviteten är ett mått på den totala jonmängden i vattnet. Den speglar utlaknings- processen av jorden och förhållanden och skeenden lokalt. Bland de i denna undersökning ingående jonerna är det knappast någon som ensam kan slå igenom i värdena.
Tabell 2. Årsnederbörd1 och årsavrinning från observationsfälten, långtidsmedelvärden för perioden 77/06* (nederbörd 61/90) och medelvärden för 13 fält
Annual precipitation and discharge from the observation fields, long-term averages for 77/06 and averages for13 fields
Lokal Nederbörd1 (mm) Avrinning (mm)
Nr Län 06/07 61/90 06/07 77/06*
14dr AC 666 582 98 110
14yt AC 666 582 264 182
16 Z 598 484 457 271
1 D 680 567 224 230
7 E 744 524 524 289
6 E 674 493 245 90
20 E 662 591 165 118
21 E 691 477 166 119
5 O 704 558 332 240
4 O 756 558 273 189
12 N 919 773 633 407
11 M 1015 741 332 236
3 M 1021 647 429 304
2 M 1045 662 406 239
Medel 783 589 350 233
1 nederbörd från näraliggande SMHI stationer. Då antalet nederbördsstationer minskar kan en ny station behöva väljas för ett visst fält. Det kan påverka långtidsmedelvärdet (61/90), men någon justering av detta har ej gjorts för värdena i tabellen
* för fält 14 AC 88/06, för fälten 20 E och 21 E 89/06 samt för fält 5 O 98/06 – se även bilaga 2
Tabell 3. Årsmedelvärden för pH och konduktivitet samt årsmedelkoncentrationer av totalt organiskt kol (TOC) i dräneringsvattnet, långtidsmedelvärden för perioden 77/06* och medelvärden för 13 fält Annual average of pH and conductivity and annual average concentrations of TOC in drainage water, long-term averages 77/06 and averages for 13 fields
Lokal pH Konduktivitet (mS/m) TOC (mg/l)
Nr Län 06/07 77/06* 06/07 77/06* 06/07 94/06**
14dr AC 5,0 5,1 50 53 5 4
14yt AC 6,3 6,2 21 19 11 10
16 Z 7,4 7,4 65 66 4 5
1 D 6,7 6,7 12 13 23 14
7 E 7,4 7,5 54 52 9 6
6 E 7,7 7,7 83 70 6 6
20 E 7,6 7,6 99 96 12 10
21 E 7,6 7,5 77 71 2 5
5 O 7,1 7,1 38 37 8 6
4 O 6,9 7,1 21 26 14 10
12 N 6,6 6,6 32 29 11 10
11 M 7,1 7,4 36 45 22 17
3 M 7,2 7,3 74 74 17 15
2 M 7,6 7,6 70 70 10 11
Medel*** 7,1 7,2 53 52 11 9
* för fält 14 AC 88/06 och för fälten 20 E och 21 E 89/06 – se även bilaga 2
** analys av TOC startade 1994
*** för fält 14 AC viktad summa av yt- och dräneringsvatten
En tydlig skillnad i konduktivitet fanns mellan yt- och dräneringsvatten vid station 14 AC (tabell 3). Ytvattnet hade klart lägre konduktivitet än dräneringsvattnet till följd av att detta mera liknar nederbördsvatten.
TOC anger den totala halten organiskt kol. Försöksfälten har alla minerogena jordar och halterna av TOC var i allmänhet låga. De högsta värdena noterades vid stationerna 1 D och 11 M och hade i det senare fallet ett samband med förhöjda suspvärden i flödestoppar.
Karbonat, sulfat och klorid
Buffringsförmågan hos dräneringsvattnen beror främst på koncentrationen av vätekarbonat.
Många gånger uppvisar denna ett samband med kalcium och pH. Tydliga exempel för detta var fälten 16 Z, 6 E, 21 E, 3 M och 2 M med höga koncentrationer av HCO3 i dräneringsvattnet samtidigt som pH och kalciumhalterna var höga. Generellt var halterna av vätekarbonat representativa i förhållande till sina långtidsmedelvärden. Högst sulfathalt förelåg hos dräneringvattnet från fält 14 AC. Orsaken till detta är som tidigare nämnts pågående sulfidoxidation. Kloridjonen är känd att lämna marken i samma kvantitet som den deponeras (Ulén & Snäll, 1999). I huvudsak var även koncentrationerna av klorid representativa i förhållande till sina långtidsmedelvärden (tabell 4).
Natrium, kalium, kalcium och magnesium
Förutom från fält 20 E var natriumhalterna låga och oftast nära långtidsmedelvärdet (tabell 5).
Kaliumhalterna var också vanligtvis låga, men från fält 3 M som under lång tid fått mycket kalium via gödsel var halterna högre. Både kalcium och magnesium är vittringskomponenter.
Halterna avvek måttligt från långtidsmedelvärdet till följd av årets uthålliga avrinningsbild.
Tabell 4. Årsmedelkoncentrationer av karbonat, sulfat och klorid (anjoner) i dräneringsvattnet, långtidsmedelvärden för perioden 82/06* och medelvärden för 13 fält
Annual average concentrations of carbonate, sulphate and chloride (anions) in drainage water, long-term averages 82/06 and averages for 13 fields
Lokal HCO3 (mg/l) SO4-S (mg/l) Cl (mg/l)
Nr Län 06/07 82/06* 06/07 82/06* 06/07 82/06*
14dr AC 2 5 71 78 34 30
14yt AC 19 23 12 7 10 8
16 Z 298 321 11 16 7 10
1 D 34 35 1 3 3 7
7 E 206 237 9 14 14 15
6 E 271 228 37 26 34 45
20 E 398 347 14 21 43 62
21 E 365 314 15 14 23 29
5 O 141 129 6 9 9 12
4 O 85 75 4 5 4 7
12 N 56 46 6 11 25 16
11 M 142 177 5 9 9 16
3 M 229 222 20 23 31 31
2 M 335 289 10 16 28 24
Medel** 198 187 13 15 19 22
* för fält 14 AC 88/06 och för fälten 20 E och 21 E 89/06 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC viktad summa av yt- och dräneringsvatten
Tabell 5. Årsmedelkoncentrationer av natrium, kalium, kalcium och magnesium (katjoner) i dräne- ringsvattnet, långtidsmedelvärden för perioden 82/06* (kalium 77/06*) och medelvärden för 13 fält Annual average concentrations of sodium, potassium, calcium and magnesium (cations) in drainage water, long-term averages 82/06 (potassium 77/06) and averages for 13 fields
Lokal Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l)
Nr Län 06/07 82/06* 06/07 77/06* 06/07 82/06* 06/07 82/06*
14dr AC 30 29 9 12 63 54 19 17
14yt AC 7 4 9 7 16 12 3 2
16 Z 6 8 5 5 117 111 8 8
1 D 4 5 2 4 9 13 3 5
7 E 8 8 2 2 66 65 20 21
6 E 17 15 2 2 148 110 18 13
20 E 119 122 3 3 48 43 25 24
21 E 4 5 1 1 153 137 4 3
5 O 21 23 2 2 28 25 22 19
4 O 6 8 1 2 27 30 5 6
12 N 16 10 4 5 44 35 6 3
11 M 9 12 3 5 48 58 7 11
3 M 15 21 20 26 130 114 9 7
2 M 11 12 1 1 148 126 6 5
Medel** 19 20 4 5 77 69 11 10
* för fält 14 AC 88/06 och för fälten 20 E och 21 E 89/06 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC viktad summa av yt- och dräneringsvatten
Ammonium-, nitrat- och totalkväve
Nitrat är den dominerande kvävefraktionen i totalkvävet i avrinnande dräneringsvatten och ammoniumhalterna är normalt låga (tabell 6). Vid fält 14yt AC är ammoniumhalterna dock normalt förhöjda vilket framgår av långtidsmedelvärdet. Utfrysning av ammonium i ytligt organiskt material som följer med ytavrinningen kan här vara en orsak till förhöjningen.
Nitrathalterna i ytavrinnande vatten brukar vara låga vilket var tydligt från fält 14yt AC.
Andelen nitratkväve för de övriga vattnen var hög (61-95 %) eftersom det mesta av kvävet som lakas ur jorden kommer i form av nitrat. Ett undantag var fält 1 D där motsvarande tal var 31 %. Här var dock nitrathalterna mycket låga till följd av vallodlingen, vilket inverkat på det relativa förhållandet mellan kvävefraktionerna.
Vidare förelåg föregående år (2005/06) också på fält 12 N en mycket låg nitratkvävehalt (2,8 mg/l) till följd av vallodling. Innevarande år var dock motsvarande värde 16,3 mg/l, vilket är en mycket kraftig höjning med tanke på att vallen inte bröts förrän i mars 2007. De två mest sannolika orsakerna kan sökas i ökad intensitet (högre gödselgivor i förhållande till uttagna skördar) och kanske främst i en betydande ökning av avrinningen under vinterhalvåret och försommaren.
Fält 16 Z fick förhöjda nitrathalter till följd av vallbrott (okt. 2005), följt av vårkorn under odlingssäsongen 2006. Kornet hade vallinsådd men denna förmådde inte att ta upp tillräckligt med kväve för att få ned halten i närheten av långtidsmedelvärdet.
Även vid fält 7 E blev nitrathalterna högre än långtidsmedelvärdet. Två bidragande faktorer till detta kan vara efterverkan av fastgödselspridningarna under 2005 och 2006, då fast- gödselns organiska del bidragit till mineralisering efter växtsäsongen, i kombination med att marken var plöjd över vintern 06/07.
Vid fält 4 O blev nitrathalterna de lägsta som registrerats under 32-årsperioden. En sannolik förklaring till detta kan vara att fältet hade 100 % vintergrön mark (bevuxen träda, höstvete, rågvete). Även vintern innan var fältet 100 % vintergrönt med hela 60 % av ytan besådd med fånggröda (eng. rajgräs). Ytterligare en förklaring kan vara att denitrifikationen gynnats på hösten 2006 till följd av en ökad fuktighet i marken i kombination med tillgång till organiskt material efter fånggrödan och stallgödseln samt den leriga jordarten på platsen. Man får ej heller glömma bort att vattenmängderna var större än normalt vilket kan ha lett till en viss utspädning.
Den lägre halten vid fält 2 M förklaras av att sockerbetor odlades. Betorna växer långt in på hösten och kan ta upp kväve sent och därmed reducera mängden utlakningsbart nitrat i profilen. Vintermineraliseringen efter skörd förmår inte heller att leverera nitrat för att upprätthålla en högre halt.
De transporterade kvävemängderna (tabell 7) beror både på mängden tillgängligt utlaknings- bart kväve i profilen och på mängden perkolerande vatten. Vid tillgång på en viss mängd utlakningsbart kväve leder en ökad vattentillgång till förhöjd utlakning. Vid stora vatten- mängder blir profilen till sist ”tömd” på utlakningsbart kväve om ej mineraliseringen kan hinna med att leverera ytterligare kväve varför transporten då sjunker kraftigt. Aktuellt år var vattenmängden, som tidigare nämnts, större än normalt vid samtliga fält utom vid 1 D som hade normal avrinning. I många fall blev därför transporterna högre eller mycket högre än långtidsmedelvärdena (fälten 14 AC, 16 Z, 7 E, 6 E, 20 E, 21 E, 12 N och 3 M). I några fall blev de lägre än långtidsmedelvärdena trots större vattenmängder (fälten 5 O, 4 O, 11 M och 2 M). Förklaringen till detta ligger i att den utlakningsbara kvävemängden i profilen var lägre än normalt till följd av odlingsåtgärderna därstädes.
Tabell 6. Årsmedelkoncentrationer av ammonium-, nitrat- och totalkväve i dräneringsvattnet, långtidsmedelvärden för perioden 77/06* (ammoniumkväve 86/06*) och medelvärden för 13 fält Annual average concentrations of ammonium-, nitrate- and total nitrogen in drainage water, long-term averages for 77/06 (ammonium nitrogen 86/06) and averages for 13 fields
Lokal NH4-N (mg/l) NO3-N (mg/l) Tot-N (mg/l)
Nr Län 06/07 86/06* 06/07 77/06* 06/07 77/06*
14dr AC 0,05 0,08 6,4 3,5 6,9 4,2
14yt AC 0,40 0,34 1,1 0,5 2,3 2,0
16 Z <0,01 0,01 11,2 5,1 11,8 5,7
1 D 0,07 0,06 0,8 3,8 2,6 5,2
7 E <0,01 0,01 6,0 3,1 7,1 3,7
6 E 0,01 0,03 10,9 11,2 11,9 12,5
20 E <0,01 0,02 7,2 5,1 8,6 6,2
21 E <0,01 0,04 11,0 12,5 12,0 13,6
5 O <0,01 0,02 9,1 9,7 10,1 10,9
4 O <0,01 0,02 2,8 8,7 3,5 10,1
12 N 0,02 0,02 16,3 9,1 18,5 10,1
11 M 0,06 0,08 3,0 5,8 4,9 7,5
3 M <0,01 0,02 23,2 22,4 25,0 24,3
2 M 0,01 0,03 5,5 11,9 6,3 13,4
Medel** 0,04 0,05 8,4 8,5 9,7 9,7
* för fält 14 AC 88/06 och för fälten 20 E och 21 E 89/06 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC viktad summa av yt- och dräneringsvatten
Tabell 7. Årstransporter av ammonium-, nitrat- och totalkväve med dräneringsvattnet,
långtidsmedelvärden för perioden 77/06* (ammoniumkväve 86/06*) och medelvärden för 13 fält Annual transports of ammonium-, nitrate- and total nitrogen with drainage water, long-term averages for 77/06 (ammonium nitrogen 86/06) and averages for 13 fields
Lokal NH4-N (kg/ha) NO3-N (kg/ha) Tot-N (kg/ha)
Nr Län 06/07 86/06* 06/07 77/06* 06/07 77/06*
14dr AC 0,05 0,08 6,3 3,8 6,8 4,6
14yt AC 1,05 0,62 2,8 0,9 6,1 3,6
16 Z 0,01 0,04 51,1 13,8 54,1 15,4
1 D 0,16 0,13 1,7 8,7 5,7 12,0
7 E 0,02 0,03 31,4 8,9 37,0 10,8
6 E 0,03 0,03 26,7 10,1 29,2 11,3
20 E <0,01 0,03 12,0 6,0 14,2 7,3
21 E <0,01 0,04 18,3 14,9 20,0 16,3
5 O 0,01 0,05 30,4 35,7 33,7 39,5
4 O 0,01 0,04 7,5 16,5 9,6 19,1
12 N 0,14 0,08 103,3 37,0 116,9 41,0
11 M 0,21 0,18 10,0 13,7 16,1 17,8
3 M 0,01 0,07 99,4 68,2 107,0 74,1
2 M 0,03 0,07 22,3 28,3 25,5 31,9
Medel** 0,13 0,11 32,6 20,5 37,1 23,4
* för fält 14 AC 88/06, för fälten 20 E och 21 E 89/06 samt för fält 5 O 98/06 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC summan av yt- och dräneringsvatten
Fosfor
Endast i tre fall (fälten 7 E, 21 E och 12 N) var fosfathalterna högre än långtidsmedelvärdet (tabell 8), i övrigt var halterna lägre eller oförändrade.
Den högsta medelfosfathalten noterades vid fält 3 M. Orsaken kan sökas i lågt fosfor- sorptionsindex för denna jord och hög fosformättnadsgrad (Orsmark, 2003).
Vid nio av fälten var totalfosforkoncentrationerna högre än långtidsmedelvärdena och vid fält 7 E väsentligt högre. Vid fält 3 M var den dominerande fosforfraktionen fosfat till skillnad från fälten 1 D, 7 E, 20 E och 11 M där övrig fosfor dominerade och det gällde här fosfor knuten till suspenderade partiklar. Den höga årsmedelkoncentrationen vid fält 7 E kan förklaras av ett högt analysvärde då höstavrinningen tog fart i slutet av oktober 2006. En vattenprovtagning skedde i en begynnande mycket stor avrinningstopp med åtföljande kraftig susptransport vilket normalt leder till förhöjda fosforvärden i avrinnande vatten. Vid tre av fälten blev totalfosforkoncentrationerna något lägre än respektive långtidsmedelvärde medan ett fält uppvisade oförändrat värde.
Genomsnittligt för alla fält var transporten av totalfosfor under året 0,65 kg Tot-P/ha (tabell 9), vilket är över långtidsmedelvärdet (0,38 kg Tot-P/ha). En tydligt bidragande orsak till det förhöjda årsmedelvärdet är den höga årsmedelavrinningen. Ett rakt medelvärde kan synas missvisande då fördelningen är skev. Sålunda var medianvärdet endast 0,35 kg Tot-P/ha.
I långtidsmedelvärdena är det främst fälten 1 D, 11 M och 3 M som normalt har höga total- fosforförluster. Som tidigare antytts är det framförallt den partikulära fosforn som förhöjer värdena för 1 D och 11 M och vid 3 M är fosfatfraktionen orsaken.
Tabell 8. Årsmedelkoncentrationer av fosfat- och totalfosfor i dräneringsvattnet, långtidsmedelvärden 77/00 (PO4-P) resp. 77/06 (Tot-P) och medelvärden för 13 fält Annual average concentrations of phosphate- and total phosphorus in drainage water, long-term averages 77/00 (PO4-P) and 77/06 (Tot-P) and averages for 13 fields
Lokal PO4-P (mg/l) filtrerat Tot-P (mg/l)
Nr Län 06/07 77/00*# 06/07 77/06**
14dr AC 0,01 0,01¤ 0,03 0,03
14yt AC 0,04 0,08 0,12 0,18
16 Z 0,02 0,02 0,03 0,04
1 D 0,12 0,14 0,46 0,44
7 E 0,06 0,05 0,30 0,10
6 E 0,02 0,06 0,11 0,08
20 E 0,07 0,16¤ 0,34 0,22
21 E 0,02 0,01 0,03 0,03
5 O 0,02 0,05 0,05 0,07
4 O 0,04 0,05 0,14 0,12
12 N 0,02 0,01 0,04 0,02
11 M 0,03 0,06 0,39 0,28
3 M 0,41 0,42 0,49 0,48
2 M 0,03 0,03 0,07 0,06
Medel*** 0,07 0,09 0,20 0,16
* för fält 14 AC 88/00 och för fälten 20 E och 21 E 89/00 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC 88/06 och för fälten 20 E och 21 E 89/06 – se även bilaga 2
*** för fält 14 AC viktad summa av yt- och dräneringsvatten
# omräknat till förbehandling genom filtrering enligt bilaga 1
¤ värdet avser förbehandling genom centrifugering
Tabell 9. Årstransporter av fosfat- och totalfosfor med dräneringsvattnet,
långtidsmedelvärden 77/00 (PO4-P) resp. 77/06 (Tot-P)och medelvärden för 13 fält Annual transports of phosphate- and total phosphorus with drainage water, long-term averages 77/00 (PO4-P) and 77/06 (Tot-P) and averages for 13 fields
Lokal PO4-P (kg/ha) filtrerat Tot-P (kg/ha)
Nr Län 06/07 77/00*# 06/07 77/06**
14dr AC 0,01 0,01¤ 0,03 0,03
14yt AC 0,10 0,16 0,32 0,33
16 Z 0,07 0,05 0,12 0,10
1 D 0,27 0,32 1,02 1,00
7 E 0,34 0,12 1,57 0,30
6 E 0,05 0,05 0,28 0,07
20 E 0,12 0,16¤ 0,56 0,25
21 E 0,03 0,01 0,06 0,03
5 O 0,07 **** 0,15 0,24
4 O 0,10 0,08 0,39 0,23
12 N 0,10 0,02 0,22 0,09
11 M 0,10 0,15 1,30 0,66
3 M 1,75 1,11 2,08 1,47
2 M 0,11 0,07 0,30 0,15
Medel*** 0,25 0,19 0,65 0,38
* för fält 14 AC 88/00 och för fälten 20 E och 21 E 89/00 – se även bilaga 2
** för fält 14 AC 88/06, för fälten 20 E och 21 E 89/06 samt för fält 5 O 98/06 – se även bilaga 2
*** för fält 14 AC summan av yt- och dräneringsvatten
**** rättvisande långtidsmedelvärde för fält 5 O kan inte redovisas
# omräknat till förbehandling genom filtrering enligt bilaga 1
¤ värdet avser förbehandling genom centrifugering
Grundvatten
Grundvattentrycket varierade mycket mellan fälten. För samtliga fält var trycksituationen (upptryck eller nedtryck) helt eller nära oförändrad. Den genomgående högre nederbörden jämfört med året innan slog igenom på så sätt att grundvattentrycket blev något högre på flertalet platser jämfört med föregående år. Mellanårsvariationerna i tryck behöver inte vara dramatiska då ett nederbördsunderskott/-överskott under ett enskilt år inte nödvändigtvis slår igenom utan här behövs ett ackumulerat underskott/överskott över flera år för att få en tydlig effekt (Gustafson 1983).
Förändringar i grundvattenkvaliteten måste likaledes ses med flerårsperspektiv. Sålunda uppvisar fält som helt eller delvis representerar utströmningssituationer (7 E, 16 Z) att jordbruksdriften har ringa inverkan på grundvattenkvaliteten (nitrathalten) medan övriga fält i inströmningsområden eller intermediära områden uppvisar en med tiden variabel inverkans- grad av jordbruksdriften.
Tabell 10. Årsmedelvärden för pH och konduktivitet samt årsmedelkoncentrationer av nitratkväve i grundvattnet. Långtidsmedelvärden för perioden 81/06
Annual average of pH and conductivity and annual average concentrations of nitrate nitrogen in groundwater. Long-term averages for 81/06
Lokal pH Konduktivitet (mS/m) NO3-N (mg/l)
Nr : djup (m) Län 06/07 81/06 06/07 81/06 06/07 81/06
16 1 : 1,8 Z 7,5 7,4 83 96 0,8 0,1
1 1 : 2,0 * D 6,5 6,5 19 20 <0,1 <0,1
2 : 2,2 7,5 7,5 47 42 <0,1 0,3
2 : 3,5 7,8 7,7 45 43 <0,1 <0,1
2 : 4,1 7,6 7,7 41 39 0,5 1,7
3 : 3,6 7,5 7,5 53 49 1,2 1,7
7 2 : 2,5 E 8,0 7,8 66 62 <0,1 <0,1
2 : 4,0 7,9 7,8 66 63 <0,1 <0,1
6 1 : 2,2 E 7,6 7,6 52 51 1,6 4,4
1 : 4,0 7,7 7,6 72 71 0,1 0,4
2 : 2,0 7,1 7,5 27 43 1,4 6,1
2 : 4,0 7,8 7,7 52 56 0,2 0,4
5 1 : 2,0 O 7,1 7,1 29 39 8,1 1,6
1 : 4,0 7,3 7,2 59 59 0,1 <0,1
4 1 : 2,0 O 6,9 6,9 31 32 2,1 3,8
1 : 4,0 6,9 6,9 32 34 3,5 4,4
2 : 2,0 6,9 6,9 46 44 8,2 9,8
2 : 3,6 7,2 7,0 44 44 5,8 9,0
12 2 : 1,7 N 6,8 6,5 32 33 1,0 5,7
2 : 2,2 7,5 7,4 63 55 0,8 0,8
2 : 5,5 7,9 7,8 221 141 0,4 0,4
11 1 : 3,6 M 7,9 7,7 89 78 0,2 0,2
1 : 5,8 7,7 7,8 79 78 0,1 0,1
2 3 : 2,9 M 7,4 7,4 104 93 0,4 1,1
3 : 5,6 7,5 7,4 94 88 <0,1 0,4
* lokalen belägen i skogen vid fältets norra kant
Tabell 11. Årsmedelkoncentrationer av karbonat, sulfat och klorid (anjoner) i grundvattnet.
Långtidsmedelvärden för perioden 81/06
Annual average concentrations of carbonate, sulphate and chloride (anions) in groundwater.
Long-term averages for 81/06
Lokal HCO3 (mg/l) SO4-S (mg/l) Cl (mg/l)
Nr : djup (m) Län 06/07 81/06 06/07 81/06 06/07 81/06
16 1 : 1,8 Z 379 419 49 81 3 4
1 1 : 2,0 * D 62 86 6 8 11 6
2 : 2,2 276 245 7 10 3 4
2 : 3,5 254 253 10 10 4 5
2 : 4,1 206 201 10 11 7 7
3 : 3,6 275 265 10 11 11 9
7 2 : 2,5 E 374 382 16 14 10 7
2 : 4,0 371 380 17 15 11 8
6 1 : 2,2 E 263 258 13 13 11 14
1 : 4,0 385 402 22 23 14 14
2 : 2,0 76 124 12 21 13 28
2 : 4,0 285 340 9 7 14 16
5 1 : 2,0 O 99 198 5 8 9 14
1 : 4,0 364 384 1 2 19 21
4 1 : 2,0 O 122 104 12 17 4 7
1 : 4,0 113 134 12 14 7 8
2 : 2,0 181 188 8 9 14 17
2 : 3,6 193 186 7 8 15 16
12 2 : 1,7 N 74 46 18 21 25 23
2 : 2,2 236 208 21 23 44 39
2 : 5,5 666 480 32 24 327 214
11 1 : 3,6 M 550 502 9 6 15 17
1 : 5,8 476 510 10 6 15 17
2 3 : 2,9 M 513 445 15 15 81 83
3 : 5,6 470 422 11 16 69 78
* lokalen belägen i skogen vid fältets norra kant
pH låg mellan 6,5 och 8,0 och inga större avvikelser förelåg hos de enskilda rören i förhållande till deras långtidsmedelvärden (tabell 10). Inga anmärkningsvärda avvikelser förelåg heller för konduktivitet eller anjoner och katjoner, förutom med ett undantag. I det djupa röret på fält 12 N har halterna av vätekarbonat, klorid och natrium varit tilltagande och klart högre än långtidsmedelvärdena under en längre tid och har här de högsta värdena av samtliga rör (tabell 11 och 12). Under året 06/07 har dock ökningen avtagit eller upphört helt.
Flera fält har under lång tid haft mycket låga nitrathalter i det ytligare grundvattnet (16 Z, 1 D, 7 E, 11 M och 2 M). Övriga fält har ibland haft en långsamt minskande nitrathalt i grundvattnet med återkommande mestadels kortvariga uppgångar varefter det att halterna åter avtagit (12 N, 6 E, 4 O och 5 O). Ingenstans överskred årsmedelhalterna gränsvärdet för nitratdirektivet, men på lokalen 2 vid fältet 4 O ligger långtidsmedelvärdena nära gränsvärdet.
Dock var årets medelhalter tydligt under långtidsmedelvärdena (tabell 10). Det grunda grundvattenröret på fält 5 O uppvisade den högsta årsmedelhalten sedan observationerna
Tabell 12. Årsmedelkoncentrationer av natrium, kalium, kalcium och magnesium (katjoner) i grund- vattnet. Långtidsmedelvärden för perioden 81/06
Annual average concentrations of sodium, potassium, calcium and magnesium (cations) in ground- water. Long-term average for 81/06
Lokal Na (mg/l) K (mg/l) Ca (mg/l) Mg (mg/l)
Nr : djup (m) Län 06/07 81/06 06/07 81/06 06/07 81/06 06/07 81/06
16 1 : 1,8 Z 7 11 2 2 157 201 18 17
1 1 : 2,0 * D 12 14 1 1 12 14 9 10
2 : 2,2 30 27 2 2 37 34 25 24
2 : 3,5 28 30 4 4 38 36 27 22
2 : 4,1 16 16 7 8 43 41 18 18
3 : 3,6 20 19 11 10 57 52 25 22
7 2 : 2,5 E 12 11 6 5 92 88 31 28
2 : 4,0 12 11 6 6 90 86 30 29
6 1 : 2,2 E 14 22 1 1 86 75 13 12
1 : 4,0 39 42 2 2 98 93 25 23
2 : 2,0 8 28 5 2 41 53 5 6
2 : 4,0 20 26 3 2 80 81 14 15
5 1 : 2,0 O 25 41 3 4 16 18 16 20
1 : 4,0 58 62 9 10 30 29 31 32
4 1 : 2,0 O 36 39 1 1 14 12 14 12
1 : 4,0 34 42 2 2 14 15 12 13
2 : 2,0 42 47 2 1 25 22 24 21
2 : 3,6 40 42 2 2 26 25 20 20
12 2 : 1,7 N 28 22 4 5 28 33 6 5
2 : 2,2 63 56 6 5 58 55 9 9
2 : 5,5 435 280 17 12 27 33 22 16
11 1 : 3,6 M 127 101 15 11 35 45 31 29
1 : 5,8 82 101 10 11 55 46 31 29
2 3 : 2,9 M 46 40 2 2 174 155 15 10
3 : 5,6 43 45 1 1 162 150 9 7
* lokalen belägen i skogen vid fältets norra kant
började. Nitrathalterna i detta rör har varit förhöjda sedan slutet av 1990-talet. Under de senaste sju åren har halterna varit både upp- och nedåtgående. Detta enskilda årsmedelvärde kan därför inte tolkas som bekräftelse på en bestående uppåtgående trend.
Långtidsutveckling
För att illustrera långtidsutvecklingen av vissa parametrar har ett appendix framställts. Här kan utvecklingen av nederbörd, avrinning, halter och transporter av kväve och fosfor i dräneringsvatten följas.
För grundvatten redovisas nitratkvävehalter och tryckvariationer för ett urval av rören.
Någon särskild diskussion kring de redovisade resultaten görs inte i detta sammanhang.
Referenser
Anonym, 2007. Kvalitetsmanual för vattenanalyser. Avdelningen för vattenvårdslära, SLU, Uppsala.
Gustafson, A. 1983. Leaching of nitrate from arable land into groundwater in Sweden.
Environmental Geology, Vol. 5, No. 2, 65-71.
Gustafson, A. 1988. Simulation of Nitrate Leaching from arable Land in Southern Sweden.
Acta Agric. Scand. 38, 13-23.
Jordbruksverket, 2000. Sektorsmål och åtgärdsprogram för reduktion av växtnäringsförluster från jordbruket. Rapport 2000:1, 162 pp.
Jordbruksverket, 2003. Statens jordbruksverks föreskrifter om miljöhänsyn i jordbruket.
SJVFS 2003:66, 22 pp.
Jordbruksverket, 2006. Översyn av känsliga områden enligt nitratdirektivet. Rapport 2006:5, 79 pp.
Orsmark, E. 2003. Phosphorus sorption Capacity, degree of phosphorus saturation and losses of dissolved phosphorus from mineral soils. Examensarbete. Seminarier och examensarbeten nr 45. Avdelningen för vattenvårdslära, SLU, Box 7014, 750 07 Uppsala.
Torstensson, G. & Håkansson, M. 2001. Kväveutlakning på sandjord – motåtgärder med ny odlingsteknik. Miljöanpassad stallgödselanvändning och odling i realistiska odlingssystem.
Ekohydrologi nr 57, 43 pp. Avdelningen för vattenvårdslära, SLU, Box 7014, 750 07 Uppsala.
Ulén, B. & Snäll, S. 1999. Biogeochemistry and weathering in a forest catchment and an arable field in central Sweden. Acta Agric. Scand. B: Soil and Plant 48: 201-211.
Ulén, B. 2005. Fosforförluster från mark till vatten, Identifikation av kritiska källor och möjliga motåtgärder. Naturvårdsverket Rapport 5507, ISBN 91-620-5507-0, ISSN 0282-7298, 61 sidor.
