Simulated nitrogen leaching, nitrogen mass field balances and their correlation on four farms in south-western Finland during the period 2000-2005

Nitrogen (N) gross balance is one of the indicators designed for following developments in agriculture in the European Union. A nutrient surplus occurs when the quantity of a nutrient applied in fertilizers is greater than that removed during harvest. In this study the usefulness of N balance in studying the fate of N and controlling N leaching from agricultural fields in south-western Finland was evaluated. To estimate N leaching in 2000–2005 the mathematical, process-based model COUP was applied to twelve fields representing four agricultural production sectors. The fields represented conventional cereal production, organic cereal production and both conventional cattle and pig husbandry. Simulated N leaching was lowest from cereal production fields with a low N balance. Higher N leaching from pig and cattle production farms might be reduced by decreasing the N balance but also by applying manure in spring instead of autumn. Both N balance and simulated N leaching from organic farm were relatively high compared to low N application rate to the fields. N balance appears to be a rather useful indicator of N leaching over longer periods of time. In the short term, N leaching depends mainly on precipitation and on cultivation practices, like timing and amount of fertilizer application. Statistical evaluation indicated significant positive correlation between calculated N balance and simulated N leaching, especially when supported by constant values of precipitation and N mineralization rate. Decrease of N balance by 1 kg ha–1yr–1 decreased N leaching by 0.3 kg ha–1yr–1. High positive N balances are conducive to abundant accumulation of residual N in soil and consequently to a high risk of N leaching during rainy seasons

Modelling of water balance and nitrogen cycle in vegetative filter strips

The retention of nutrients by 10-m-wide grass buffers and buffers under natural vegetation has been studied over 10 years in Jokioinen in southwestern Finland. The results have been compared with those from 70-m-long plots without buffers. Grass was sown on the adjacent field and plots without buffers in 2002, and the field plots and these were grazed for 12 and 24 days in summer 2003 and 2004, respectively

Buffer strips as filters for nutrients from grazed lands and nutrient cycling on the buffer strips

The retention of agricultural nitrogen and phosphorus by 10-m-wide grass buffer strips and buffers under natural vegetation has been studied for ten years on an experimental field at Jokioinen

Influence of EU policy on agricultural nutrient losses and the state of receiving surface waters in Finland

In Finland, the first large-scale efforts to control nutrient loading from agriculture got under way with the introduction of the EU Agri-Environmental Program in 1995. We examined whether these efforts have decreased agricultural nutrient losses and improved the quality of receiving waters. To do so we used monitoring data on fluxes of nutrients and total suspended solids in agricultural catchments in 1990–2004 and on the water quality of agriculturally loaded rivers, lakes and estuaries in 1990–2005. No clear reduction in loading or improvement in water quality was detected. Hydrological fluctuations do not seem to have eclipsed the effects of the measures taken, since there was no systematic pattern in runoff in the period studied. The apparent inefficiency of the measures taken may be due to the large nutrient reserves of the soil, which slowed down nutrient reductions within the period studied. Simultaneous changes in agricultural production (e.g. regional specialisation) and in climate may also have counteracted the effects of agri-environmental measures. The actions to reduce agricultural loading might have been more successful had they focused specifically on the areas and actions that contribute most to the current loading

Adaptation to Climate Change by Agri-Environmental Policy in Finland

vokKA

Viherkesanto maatalousmaan ravinnekuormituksen hallinnassa muuttuvissa ilmasto-oloissa

Ilmaston lämpeneminen ja sademäärän ennustettu kasvu tulevaisuudessa voivat lisätä ravinteidenhuuhtoutumista maatalousmaalta. INCA-N typpimallia (Integrated Nutrients from Catchments – Nitrogenmodel) sovellettiin Savijoen maatalousvaltaisella tutkimusvaluma-alueella ILMASOPUtutkimusprojektissa(katso www.mtt.fi, Tutkimus-Hankehaku-ILMASOPU). Malli laskee veden virtauksensekä epäorgaanisen typen prosessit maaperässä ja jokivedessä. Tutkimuksen tavoitteena oliselvittää mallintamisen keinoin 1) miten ilmastonmuutos vaikuttaa maatalousmaan typpihuuhtoutumaanviljelytoimenpiteiden jatkuessa muuttumattomina ja 2) missä määrin peltomaan viherkesannointivähentää valuma-alueen typpikuormaa nykyilmastossa sekä muuttuneissa ilmasto-oloissa neljän erilaisenilmastoskenaarion perusteella. Savijoki (pinta-ala 15 km2) edustaa Lounais-Suomen tehokkaastiviljeltyjä viljantuotantoalueita.INCA-N mallin hydrologinen osio on aiemmin kalibroitu jaksolle 1981–2000. Tässä tutkimuksessamallin uusin versio kalibroitiin jaksolla 2004–2007 ja mallia testattiin jaksolla 2000–2003. Mallinkalibroinnissa käytettiin vertailutietoina Savijoessa mitattuja virtaama-arvoja sekä nitraatti- ja ammoniumtyppipitoisuuksia.Mallilla lasketut ja havaitut epäorgaanisen typen pitoisuudet Savijoessavastasivat keskimäärin hyvin toisiaan kalibrointi- ja testausjaksoilla. Käytetyt ilmastoskenaariot edustavatjaksoa 2071–2100 ja niiden mukaan vuoden keskilämpötila nousisi 2.8–4.7 ºC ja sadanta kasvaisi10.1–23.6 %. Skenaarioiden mukainen lämpötilan kohoaminen ja sadannan lisääntyminen erityisestitalvella vaikutti voimakkaasti mallinnettuun lumipeitteen ja valunnan jakautumiseen Savijoella. Myöhäissyksynja talven valunta lisääntyi huomattavasti korvaten nykyisen lumen sulamisesta aiheutuvankevätvaluntapiikin.Viljelytoimenpiteiden jatkuminen muuttumattomina tulevissa ilmasto-oloissa aiheutti valumaalueentyppikuorman kasvun n. 46 %:lla (vaihteluväli eri skenaarioilla 29–64 %). Huuhtoutuma lisääntyierityisesti marraskuun ja helmikuun välisellä jaksolla. Huuhtoutuman kasvu johtui mineralisaationkiihtymisestä ja valunnan lisääntymisestä kasvukauden ulkopuolella. Mallitulosten mukaan koko peltoalueenviherkesannointi vähentää valuma-alueen epäorgaanisen typen kuormaa nykyilmastossa n. 50%. Tulevaisuuden ilmastossa vähenemä olisi keskimäärin vain 26 % nykytilan kuormaan verrattuna.Simuloinneissa viherkesantokasvuston typenotto kasvoi keskimäärin 26 % nykytilaan verrattuna. Valunnanja osittain typen mineralisaation lisääntyminen talvikaudella kuitenkin heikensi viherkesannonkykyä vähentää typpikuormitusta.Peltomaan vesitalouden hallintaan on tulevaisuudessa kiinnitettävä entistä enemmän huomiota.Maatalouden typpikuormituksen vähentäminen ilmaston muuttuessa voi vaikeutua entisestään lounaisillaviljelyalueilla, jotka nykyisin kuormittavat Saaristomerta. Intensiivisen maanmuokkauksen korvaaminenpysyvän kasvipeitteen kaltaisilla vaihtoehdoilla on keskeinen toimenpide kuormitusherkilläalueilla

Viljelytoimenpiteet ja vesistökuormitus ympäristötukitiloilla vuosina 2003–2005

Raportissa esitellään maatalouden ympäristötuen myötä vuosina 2003–2005 tapahtuneita tilatason viljelytoimenpiteiden muutoksia ja niiden vaikutuksia vesistökuormitukseen. Tulosten mukaan vuosien 2003–2005 viljelytoimenpiteet eivät merkittävästi poikenneet ohjelmakauden alkuvuosien 2000–2002 toimenpiteistä. Merkittävimmät muutokset, varsinkin lannoituksessa, olivat tapahtuneet jo ensimmäisellä ohjelmakaudella (1995–1999), ja niiden toteuttamista jatkettiin toisella kaudella. Nurmialat ovat 2000-luvulla vähentyneet nurmivaltaisilla alueilla sekä tietyillä viljavaltaisilla alueilla, joilla ne olivat ennestäänkin pieniä. Talviaikainen kasvipeitteisyys, mukaan luettuna kevennetysti muokattu ala, on tietyillä alueilla kasvanut tarkastelujaksolla 2000–2005. Muutos on johtunut lähinnä kevennettyjen muokkausmenetelmien mutta viime vuosina yhä enemmän myös muokkaamattomuuden lisääntymisestä, mikä liittyy suorakylvön yleistymiseen. Etelä-Suomen viljanviljelyalueilla perusmuokkausmenetelmissä on tapahtunut merkittävä muutos 1990-luvun alkupuoleen nähden. Vuoden 1994 syksyllä sänkipeitteisestä peltoalasta kynnettiin Yläneenjoen ja Lepsämänjoen tutkimusalueilla noin 90 prosenttia, kun vuonna 2005 kynnetyn alan osuus oli enää noin puolet. Peltojen fosforikuormitukseen voimakkaasti vaikuttavan helppoliukoisen fosforin pitoisuudet alenevat, mutta hyvin hitaasti. Muokkausmenetelmissä ja maan fosforipitoisuudessa tapahtuneet muutokset näkyvät myös muutoksina potentiaalisessa ravinnekuormituksessa. Esimerkiksi Yläneenjoen alueella maapartikkeleihin sitoutuneen fosforin kuormitus on muokkausmenetelmien muutosten myötä selvästi vähentynyt, mutta liukoisen fosforin kuormitus ei ole muuttunut, koska maan helppoliukoisen fosforin pitoisuudessa ei ole tapahtunut selviä muutoksia

Identifying multiple stressors that influence eutrophication in a Finnish agricultural river

Highlights • Chl-a depended on TP with synergistic interaction with water temperature. • Climate change influences mainly indirectly via intensifying agriculture. • Riparian re-forestration for shading the river to decrease water temperature is needed.In Finland, a recent ecological classification of surface waters showed that the rivers and coastal waters need attention to improve their ecological state. We combined eco-hydrological and empirical models to study chlorophyll-a concentration as an indicator of eutrophication in a small agricultural river. We used a modified story-and-simulation method to build three storylines for possible changes in future land use due to climate change and political change. The main objective in the first storyline is to stimulate economic activity but also to promote the sustainable and efficient use of resources. The second storyline is based on the high awareness but poor regulation of environmental protection, and the third is to survive as individual countries instead of being part of a unified Europe. We assumed trade of agricultural products to increase to countries outside Europe. We found that chlorophyll-a concentration in the river depended on total phosphorus concentration. In addition, there was a positive synergistic interaction between total phosphorus and water temperature. In future storylines, chlorophyll-a concentration increased due to land use and climate change. Climate change mainly had an indirect influence via increasing nutrient losses from intensified agriculture. We found that well-designed agri-environmental measures had the potential to decrease nutrient loading from fields, as long as the predicted increase in temperature remained under 2 °C. However, we were not able to achieve the nutrient reduction stated in current water protection targets. In addition, the ecological status of the river deteriorated. The influence of temperature on chlorophyll-a growth indicates that novel measures for shading rivers to decrease water temperature may be needed in the future

Ympäristötuen mukaiset viljelytoimenpiteet ja niiden vaikutukset vesistökuormitukseen vuosina 2000-2002

vo