Läckage av näringsämnen från svensk åkermark - Beräkningar av normalläckage av kväve och fosfor för 2019.

Beräkningar av läckaget av kväve och fosfor från svensk åkermark för år 2019 har utförts på uppdrag av Havs- och vattenmyndigheten1. Beräkningen omfattar hela Sveriges åkerareal och har utförts med hjälp av beräkningssystemet NLeCCS. I NLeCCs, som är ett system för att beräkna normalläckage från åkermark, ingår simulerings-verktygen SOILNDB (baserad på SOIL/SOILN-modellerna) för kväve och ICECREAMDB (baserat på ICECREAM-modellen) för fosfor. Resultatet har använts i beräkningar av den totala närsaltsbelastningen från Sverige till omgivande hav (som utförs av SMED2 på uppdrag av Havs- och vattenmyndigheten) för rapporteringen till den internationella havsmiljökonventionen HELCOMs åttonde Pollution Load Compilation.Sverige har delats upp i 22 läckageregioner, vilka karakteriseras av olika klimat, produktionsinriktning, gödslings- och produktionsnivåer. För varje region har s.k. normalläckage beräknats för ett antal olika kombinationer av grödor, jordarter, lutningar och markfosforhalter, de två sistnämnda bara relevanta för fosforberäkningen. Normalläckagen representerar läckaget för ett år med normaliserat klimat och motsvarande normaliserad skörd och har utförts med 30-åriga tidsperioder av väderdata i kombination med statistik om bl.a. normskördar, gödsling, grödarealer och andel mineral- och stallgödslad areal. Växtsekvenser har skapats med en för ändamålet utvecklad växtodlingsgenerator varefter medelvärden för läckage för de olika kombinationerna av jordarter, grödor, gödsling, lutning och markfosforklass beräknats. I det beräknande läckaget av kväve ingick rotzonsutlakning d.v.s. det kväve som passerat rotzonen och inte längre är tillgängligt för växterna eller möjligt att påverka med olika odlingsåtgärder. Rotzonsutlakning kan betraktas som åkermarkens bruttobelastning före retentionsprocesser i grundvatten och vattendrag. I det beräknande läckaget av fosfor har både rotzonsutlakning av fosfor och förluster av fosfor via ytavrinning ingått.För kväve beräknades normalläckaget för åkerarealen i Sverige år 2019 till drygt 16,2 kg N/ha*år. Skillnaden i normalläckage mellan de olika regionerna var stor och varierade mellan 7 och 40 kg N/ha*år. Lägsta läckaget fanns i skogsbygderna och i regioner med låg avrinning. Motsvarande koncentrationer för normalläckaget var drygt 6,3 mg N/l för Sverige och varierade mellan 3 och 12 mg N/l för de olika regionerna. För fosfor beräknades normalläckaget för åkerarealen i Sverige år 2019 till 0,48 kg P/ha*år. Skillnaden i normalläckage mellan de olika regionerna var stor och varierade mellan 0,09 och 0,94 kg P/ha*år. Lägsta läckaget fanns i regioner med låg avrinning och stor andel lätta jordar. Motsvarande koncentrationer för normalläckaget var 0,19 mg P/l för Sverige och varierade mellan 0,06 och 0,36 mg P/l för de olika regionerna

Läckage av näringsämnen från svensk åkermark 1995 - 2019

Beräkningar av läckaget av kväve och fosfor från svensk åkermark för åren 1995, 2005, 2013 och 2019 har utförts på uppdrag av Havs- och vattenmyndigheten. Beräkningen omfattar hela Sveriges åkerareal och har utförts med hjälp av senaste versionen av beräkningssystemet NLeCCS, NLeCCS 6.0. I NLeCCS, som är ett system för att beräkna normalläckage från åkermark, ingår simuleringsverktygen SOILNDB (baserad på SOIL/SOILN-modellerna) för kväve och ICECREAMDB (baserat på ICECREAM-modellen) för fosfor. Genom att beräkningarna utförts med samma version av beräkningssystemet kan resultatet från de olika åren jämföras. Tidigare beräkningar som utförts för dessa år har delvis varit gjorda med olika versioner av NLeCCS, vilket försvårat jämförelse mellan åren.Sverige har delats upp i 22 läckageregioner, vilka karakteriseras av olika klimat, produktionsinriktning, gödslings- och produktionsnivåer. För varje region har s.k. normalläckage beräknats för ett antal olika kombinationer av grödor, jordarter, lutningar och markfosforhalter (de två sistnämnda bara relevanta för fosforberäkningen) för respektive år. Normalläckagen representerar läckaget för ett år med normaliserat klimat och motsvarande normaliserad skörd och har utförts med 30-åriga tidsperioder av väderdata i kombination med statistik om bl.a. normskördar, gödsling, grödarealer och andel mineraloch stallgödslad areal. Växtsekvenser har skapats med en för ändamålet utvecklad växtodlingsgenerator varefter medelvärden för läckage för de olika kombinationerna av jordarter, grödor, gödsling, lutning och markfosforklass beräknats. I det beräknande läckaget av kväve ingick rotzonsutlakning d.v.s. det kväve som passerat rotzonen och inte längre är tillgängligt för växterna eller möjligt att påverka med olika odlingsåtgärder. Rotzonsutlakning kan betraktas som åkermarkens bruttobelastning före retentionsprocesser i grundvatten och vattendrag. I det beräknande läckaget av fosfor har både rotzonsutlakning av fosfor och förluster av fosfor via ytavrinning ingått. Orsaken till förändringen av läckagen mellan åren 1995 och 2005 och mellan åren 2005 och 2019 har analyserats genom att beräkna förändringar av enskilda odlingsåtgärders effekt på förändringen av läckaget.Normalläckaget av kväve från den beräknade arealen av åkermark i Sverige minskade med 3,3 kg N/ha*år (-17 %), från 19,3 till 16,0 kg N/ha*år, mellan år 1995 och 2019. En minskning av kväveläckaget skedde i stort set i alla regioner mellan 1995 och 2019, som mest med 10,9 kg N/ha*år (-38 %). Huvuddelen av minskningen av kväveläckaget skedde mellan åren 1995 och 2005 i de flesta av regionerna. Normalläckaget av fosfor från den beräknade arealen av åkermark i Sverige minskade med 0,06 kg P/ha*år (-11 %), från 0,53 till 0,47 kg P/ha*år, mellan år 1995 och 2019. En minskning av fosforläckaget skedde i stort set i alla regioner mellan 1995 och 2019, som mest med 0,26 kg P/ha*år (-27 %).Främsta orsaken till förändringen i kväveläckage för Sveriges åkermark mellan åren 1995 och 2005 (-2,9 kg N/ha*år) var förändringen av grödmix, därefter följde ökat utbyte av gödsling/skörd, ökad förekomst av fånggröda, förändring i stallgödslad areal och ökad vårspridning av stallgödsel. Främsta orsaken till förändringen i kväveläckage för Sveriges åkermark mellan åren 2005 och 2019 (-0,5 kg N/ha*år) var ökat utbyte gödsling/skörd, grödmixförändring, förändring i stallgödslad areal och ökad vårspridning av stallgödsel. Främsta orsaken till förändringen i fosforläckage för Sveriges åkermark mellan åren 1995 och 2005 (-0,04 kg P/ha*år) var förändringen av grödmix, därefter följde förändring i stallgödslad areal, förändrad gödslingsgiva, ökad förekomst av fånggröda, skördeförändring, skyddszoner och ökad vårspridning av stallgödsel. Främsta orsaken till förändringen i fosforläckage för Sveriges åkermark mellan åren 2005 och 2019 (-0,02 kg P/ha*år) var förändringen av grödmix, förändrad gödslingsgiva, skördeförändring, förändring i stallgödslad areal, fånggröda, skyddszoner och ökad vårspridning av stallgödsel

Quantifying mineral sources of potassium in agricultural soils

Soil potassium (K) reserves are crucial for crop quality and yield in low input agricultural systems. Soils contain varying amounts of K-bearing minerals and differ in their inherent K supply capacity. This thesis presents mineralogical methods for characterising and quantifying different K-bearing phases in soil and compares the results with K determined by common soil K extraction methods using 2 M HCl (KHCl) or aqua regia (KAqReg). The aim was to improve evaluations of potential long-term K supply of soils with different parent materials, particularly in grass/clover leys. Mineralogical budgeting based on X-ray powder diffraction was used to determine K distribution in K-bearing minerals in 20 Swedish and Scottish soils. KHCl and KAqReg were then tested against the concentrations of different mineral K pools and HCl effects on mineralogy were assessed through differential X-ray diffraction. Long-term Swedish cropping systems and soil fertility experiments were used to assess field K balances and long-term trends in exchangeable K (Kex) and KHCl and to estimate soil K delivery capacity. The K distribution between K-feldspar and different phyllosilicates varied significantly among soils, with Scottish soils showing greater variation in total K concentrations and K speciation than Swedish soils. HCl and aqua regia solubilised 1-17% and 4-60% of total K, respectively, depending on soil type and mineralogy, most derived from Fe-bearing di- and trioctahedral phyllosilicates. Conventional and organic cropping systems both demonstrated negative field K balances averaging 20-70 kg ha-1 yr-1 over 18 years, indicating a reliance on soil K delivery. This resulted in significantly decreased Kex and KHCl in two soils. Potassium weathering rates were 35-65 kg ha-1 yr-1 in silty clays and sandy loams, and 8 kg ha-1 yr-1 in loamy sands in insufficiently or non-K fertilised experimental plots. To compensate for net K output at field scale, the KHCl soil pool would have to be totally replenished within 30-300 years, depending on site. Although KHCl is a dynamic pool that is not exhausted until the least soluble K-bearing mineral has dissolved, replenishment rate kinetics ultimately limit K delivery from soil reserves. This demonstrates the significance of considering the size and properties of soil nutrient pools when using element balances to assess cropping system sustainability

Utveckling av indata för belastningsberäkningar med avseende på kvalitet och skala inklusive delning av produktionsområde 6

Den mängd näringsämnen som transporteras från Sveriges yta och belastar havet utgör ett viktigt beslutsunderlag för nationell och internationell vattenförvaltning. Den mest omfat-tande beräkningen av kväve- och fosforbelastningen på havet, Pollution Load Compilat-ion (PLC) periodical, utförs med 5–6 års mellanrum. Beräkningarna utfördes senast för år 2006 (PLC5). Nästkommande PLC Periodical-rapportering, PLC6, kommer att utföras för år 2014 och det är föreslaget att beräkningarna ska utföras med en högre geografisk upplösning (vattenförekomst) än de tidigare PLC5-beräkningarna (delavrinningsområde). Resultaten från PLC5 används inom den lokala vattenförvaltningen för delavrinningsom-råden, även om de från början var avsedda att enbart användas på en större skala på grund av begränsningar i data- och modellunderlaget. Havs- och vattenmyndigheten har begärt en utredning av hur underlag och beräkningar till HELCOM PLC6 kan förbättras i kvali-tet och skala för att även uppfylla behov av underlag till vattenmyndigheternas rapporte-ring enligt Vattenförvaltningsförordningen. För att bättre kunna använda PLC-data på lokal skala har Vattenmyndigheten för Norra Östersjön tidigare uttryckt önskemål om att dela läckageregion 6 (SCBs produktionsområde 6, PO6) i två regioner för att bättre mot-svara de produktionsskillnader som finns inom jordbruket i regionen. En analys av effekten av att dela region 6, Mälar- och Hjälmarbygden, i två delregioner har gjorts. En region, region 61, utgjordes av området runt Mälaren och Hjälmaren och region 62 var den övriga delen av region 6. Region 61 hade högre gödslings- och skörde-nivå, lägre avrinning, mindre andel vall och större andel clay än region 62. I arbetet har beräkningsmetoden inklusive kriterier och antaganden som beskrevs i PLC5-beräkningen använts (PLC5-metoden). Påverkan av olika gödslings- och skördenivåer, avrinning, grödosammansättning och jordartsammansättning har beräknats. I den regionala skalan var fosforutlakningen högre i region 61 än i region 62. Det var orsakat av större andel grödor och jordarter med hög utlakning jämfört med region 62. På koefficientnivån ob-serverades högre förluster av fosfor i region 61. Detta återspeglar förmodligen inte påver-kan av olika åtgärder i regionerna utan beror framförallt på avrinningsskillnader som ICECREAM-modellen visade hög känslighet för. Utlakningen av kväve (kg N/ha) i reg-ion 62 var högre än i region 61. Det berodde på högre andel jordarter med hög utlakning och högre avrinning än i region 62, trots att grödosammansättningen tydde på högre ut-lakning i region 61. Även koefficienterna var högre i region 62 än i 61. Gödslingsnivån var högre i region 61 men även skördenivån var högre och det gjorde att det var mindre kväve kvar i profilen som riskerade att utlakas. Osäkerheten i den beräknade vattenföringen som användes till PLC5 undersöktes för ett antal slumpmässigt utvalda avrinningsområden och visade sig vara större för mindre avrinningsområden jämfört med stora. Osäkerheten i kvävebruttobelastningen från den tidigare Monte Carlo-analysen visade också på större spridning i mindre områden jämfört med stora, ett liknande mönster – men mindre tydligt – kunde också ses för nettobelast-ningen. Erfarenheter från tidigare lokala studier visar att när PLC-data kompletteras och förbättras med lokala data blir överenstämmelsen mellan beräknade och uppmätta halter av kväve och fosfor oftast bättre jämfört med en modelluppsättning enbart baserad på 9 PLC-data. Det går dock inte att generellt säga vilka data som är viktigast att komplettera med då påverkan från de olika typerna av källor varierar stort lokalt. TBV-belastningsresultaten har jämförts med observationsdata för 39 flodmynningar, men några jämförelser med observationsdata för små avrinningsområden av liknande skala som vattenförekomsterna har hittills inte gjorts. Det är därför prioriterat att i samband med PLC6 kvantifiera storleken på avvikelserna mot observationsdata för olika rumsliga skalor och därmed kunna bedöma och klassificera tillförlitligheten i resultaten, samt ge råd om hur dessa bör användas. Analysen av de vattenförings- och vattenkemidata som finns tillgängliga för modellkalibrering och utvärdering visade att få av de tillgängliga vattenföringsstationerna har små tillrinningsområden, medan det finns data över kväve och fosforhalter från fler små områden. Vattenföringsstationerna är väl fördelade över landet, medan tillgängligheten till kväve- och fosforhaltdata varierar mer mellan olika regioner. Det är därför viktigt att, om möjligt, samla in data från mindre avrinningsområ-den för resultatutvärderingen under PLC6. Fler rekommendationer för resultatutvärdering och tillförlitlighetsbedömning av PLC6- resultaten diskuteras i denna rapport. En lista över prioriterade områden för förbättring av indata till PLC6-beräkningarna ges i slutet av rapporten tillsammans med en diskussion om framtida behov av datainsamling och nationellt datavärdskap. Källor och indata som inte har någon större betydelse på den nationella skalan kan ha stor lokal inverkan, vilket gör att prioriteringen rör i stort sett alla typer av källor som bidrar till antropogen kväve-och fosforbelastning