Assessment of nitrogen pollution reduction options in the river Nemunas (Lithuania) using FyrisNP model

The paper quantifies and discusses diffuse and point sources total nitrogen (TN) inputs as well as retention and TN reduction options in the catchment of the main Lithuanian River Nemunas. Modelled average TN export between 2000–2006 from the River Nemunas catchment to the Baltic Sea was 37620 tonnes TN yr−1 according to the data oriented FyrisNP model. Loads of TN from diffuse and point sources as well as retention have been estimated for five subcatchments of the River Nemunas including the external load from Belarus. Agriculture contributes 74.6 to 89.5% of the TN load, increasing with the percentage of arable land and load from point sources. The main point source input is poorly treated wastewater at Kaunas city. The contribution from forest land to the TN load increases from 2.2% to 15.8% with an increase in forest land from 28.5 to 56.9% of the total subcatchments area. The highest retention of TN (30.7%) was observed in the Neris river subcatchment with the lowest hydraulic load (5.55 m yr−1). Scenario modelling suggests that the reduction target for Lithuania for nitrogen input to the Baltic Sea by 11700 tonnes can be achieved by installing biological treatment in sewage treatment plants in all district cities and by converting 20% of arable land to pastures or implementation of other equivalent measures in agriculture. Assessment of the FyrisNP model results shows that the model can be successfully applied for river basin management planning in catchments outside the area where the model originally has been developed. First published online: 11 Oct 201

Analysis of investigations on underdwater and drainage water pollution with nitrogen compounds on farms implementing EU nitrate directive

Požeminio ir drenažo vandens užterštumo bendruoju azotu tvartų teritorijose duomenys atspindi gyvulininkystės ūkių poveikį vandens telkiniams. Apibendrinus stebėsenos duomenis nustatytos bandų dydžių ir vandens telkinių azoto apkrovos kitimo tendencijos bei priklausomybės. Darbo tikslas ir buvo išnagrinėti tvartais užstatytų teritorijų ir mėšlo bei srutų taplyklų užimtų plotų poveikį požeminiam ir drenažo vandeniui įgyvendinant ES nitratų direktyvos reikalavimus. Bendrojo azoto koncentracijos požeminiame ir drenažo vandenyje buvo tirtos ūkių, laikančių >750 ir 150-200 sutartinių gyvulių vienetų (SGV), tvartų teritorijose intensyvios gamybos Kėdainių ir Joniškio rajonuose. Dirvožemiai - lengvi ir vidutinio sunkumo priemoliai. Požeminiame vandenyje bendrojo azoto koncentracijos buvo tirtos ir ūkio, laikančio 20-30 SGV, tvarto teritorijoje kalvoto reljefo sąlygomis. Dirvožemiai - lengvi priemoliai ir priesmėliai. Vandens mėginiai cheminiams tyrimams imti 1 kartą per mėnesį. Bendrasis azotas nustatytas laboratorijoje spektrometriniu metodu, vartojant fenoldisulfo rūgštį, tyrimų duomenys grupuojami ir analizuojami lyginimo ir regresinės-koreliacinės analizės metodais. Nustatytas pakankamai patikimas ryšys tarp bendrojo azoto koncentracijų drenažo ir požeminiame vandenyje. Determinacijos koeficientas R2 =0,86, kai tvartų teritorijose yra 150-200, ir R2 =0,76, kai >750 SGV. Patikimesnis ryšys gautas tarp drenažo nuotėkio ir metinio kritulių kiekio negu tarp metinio drenažo nuotėkio ir vegetacijos laikotarpio kritulių. Determinacijos koeficientai (R2) - atitinkamai 0,68 ir 0,57The data of underwater and drainage water pollution with total nitrogen in barn territories reflect the impact of animal husbandry farms on water bodies. The concentrations of total nitrogen in underdwater and drainage water were analysed in the barn territories of the farms with >750 and 150-200 LU. The concentrations of total nitrogen in underdwater were analysed in the barn territory of a farm with 20-30 LU. Fairly reliable relationship was established between the concentrations of total nitrogen in underdwater and drainage water. Determination coefficient R2 = 0.86, when barn territories are with 150-200 LU and R2 = 0.76, when >750 SGV. More reliable relationship was achieved between drainage runoff and the annual amount of precipitation compared with the relationship between the annual drainage runoff and vegetation period precipitation. Determination coefficients (R2) are 0.68 and 0.57 respectively. The tendencies of higher or lower reliability of increased total nitrogen concentrations in underdwater and drainage water in all investigated barn territories were established during the period of 2002–2007. Keeping large herds in one territory (over 750 LU) results in much higher pollution of underwater per 1 SGV, compared with keeping smaller herds in one place. The amount of total nitrogen per 150-200 and 20–30 SGV was 11-34 % lower compared with a barn territory of >750 LU respectively in 2002-2007. With an increase of animal numbers in herds the area of a barn territory per 1 LU increases as well (4.3-5.1 times)Vytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Influence of land tillage methods on drainage runoff and nitrogen migration

Trijų skirtingų žemės dirbimų įtakos drenažo nuotėkiui ir bendrojo azoto išsiplovimui tyrimai atlikti 2000–2010 m. Aleksandro Stulginskio universiteto Pikelių bandymų objekte, esančiame Vidurio Lietuvos žemumoje, netoli Kėdainių. Straipsnyje pateikti tyrimų duomenys apie mėnesinį drenažo nuotėkį ir mėnesinius bendrojo azoto kiekius drenažo vandenyje vidutinio sunkumo priemolio ant vidutinio sunkumo priemolio su giliau esančiu smėlingo lengvo priemolio podirviu dirvožemyje iš laukų, kuriuose taikomi tradicinis, sumažintas ir vėlyvas žemės dirbimai. Tiriant atskirų drenažo sistemų nuotėkį nustatyta, kad vasarą (birželį–rugpjūtį) tradicinio žemės dirbimo laukuose (rugpjūtį–rugsėjį taikant gilųjį (23– 25 cm) rudeninį arimą) drenažo nuotėkio koeficientas buvo 0,12, spalio pabaigoje–lapkričio pradžioje taikant sumažintą įdirbimą (12–15 cm gyliu) lėkštiniais padargais ir kultivatoriais (sumažintas žemės dirbimas) bei gilųjį (23–25 cm) rudeninį arimą (vėlyvas žemės dirbimas) – atitinkamai 0,17 ir 0,14. Pavasarį (kovą–gegužę) tradicinio žemės dirbimo laukuose drenažo nuotėkio koeficientas buvo 0,52, t. y. vidutiniškai 1,06 karto didesnis negu taikant sumažintą žemės dirbimą ir vidutiniškai 1,11 karto didesnis negu taikant vėlyvąjį žemės dirbimą. Žiemą (gruodį–vasarį) didesnis drenažo nuotėkio koeficientas (0,68) buvo taikant tradicinį rudeninį arimą, mažesnis (0,62) – taikant vėlyvąjį rudeninį arimą spalio pabaigoje–lapkričio pradžioje. Taikant sumažintą įdirbimą spalio pabaigoje–lapkričio pradžioje, drenažo nuotėkio koeficientas buvo 0,63. Rudenį (rugsėjį–lapkritį) sumažinto ir vėlyvo žemės dirbimo variantų laukuose nuotėkio koeficientas buvo atitinkamai 0,25 ir 0,24, t. y. atitinkamai 8,00 ir 4,17 % didesnis negu tradicinio dirbimo laukuosePikeliai experimental object, which belongs to Aleksandras Stulginskis university and is located in the Middle Lithuanian Lowland, not far from Kedainiai. The paper presents research data on monthly drainage runoff and monthly amounts of total nitrogen in drainage water in medium loam on medium loam with deeper sandy loam subsoil coming from the fields where three different tillage methods - conventional, reduced and late - are applied. Investigation of runoff in three separate drainage systems has established the drainage runoff coefficient to be 0.12 in summer (June-August) in the fields of conventional tillage, in August-September in the fields of deep (23-25 cm) autumn tillage; the values of this coefficient are respectively 0.17 and 0.14 in the end of October - beginning of November in the fields of reduced tillage (12-15 cm deep) with disc implements and cultivators (reduced tillage) and in the fields of deep (23-25 cm) autumn ploughing (late tillage). In spring (March-May) in the fields of conventional tillage the drainage runoff coefficient is 0.52, i. e. by 1.06 times higher than that in the variant of reduced tillage and by 1.11 times higher than that in the variant of late tillage. Deep (23-25 cm) autumn ploughing increases drainage runoff coefficient in winter (December-February) (0.68). In the variant of deep (23-25 cm) autumn ploughing in the end of October - beginning of November drainage runoff coefficient is 0.62. In the end of October - beginning of November drainage variant coefficient is 0.63 in the variant of reduced tillage. In autumn (September- November) in the variants of reduced and late tillage the runoff coefficient is respectively 0.25 and 0.24, i. e. by 8.00 and 4.17 % higher than that in the fields of conventional tillageVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Mažų upių nuotėkio ypatumai

Iki Šiol Lietuvoje mažų upių nuotėkio charakteristikos yra mažai ištirtos, neįvertinta, ar hidrologinėms sritims nustatyti nuotėkio kaitos dėsningumai yra būdingi ir mažoms upėms. Šiame straipsnyje trijų mažų (iki 14 km2 baseino ploto) upių, esančių skirtingose Lietuvos hidrologinėse srityse - LyŽenos (Šilalės r.), Graisupio (Kėdainių r.) ir Vardo (Ukmergės r.) - nuotėkio matavimų rezultatai palyginti su kitų tyrėjų didesnėse upėse (Jūroje, Minijoje, Šušvėje, Nevėžyje ir Šventojoje) nustatytais nuotėkio dydžiais ir jų kaitos per metus ypatybėmis. Nustatyta, kad Graisupio ir Vardo vidutiniai metiniai nuotėkio moduliai (5,2 ir 7,6 1 s"1 km"2) būdingi atstovaujamoms Lietuvos hidrologinėms sritims (4,5-6 ir 7-9 1 s"1 km"2 atitinkamai Vidurio ir Pietryčių Lietuva), išskyrus mažiausią Lyženos upę (6,6 1 s"1 km"2, o Vakarų Lietuvos upių-9-14 1 s1 km"2). Tirtos mažosios Lietuvos upės vasarą labiau nusenka (birželį prateka 0,5-2 % metų nuotėkio, o didesnėse upėse 2-5 %), jų pavasario potvyniai maksimumą pasiekia 13 parų anksčiau nei didesnės to paties regiono upės, o nuotėkio svyravimo per metus ypatumai, būdingi skirtingoms Lietuvos hidrologinėms sritims, mažosiose upėse dar ryškesni negu didesnėse upėse: Lyženoje nuotėkis sausį didesnis negu kovą, Graisupyje ypatingai mažas nuotėkis birželį, Varde gruodį mažiausias nuotėkis šalyjeCharacteristics of water runoff in small rivers in Lithuania have not been yet investigated deeply and typical water runoff peculiarities of each Lithuanian hydrological region have not been assessed as specific to small rivers. This article presents analysis of the 13-year period water discharge measuring results in small rivers - the Lyzena (Silale r.), the Graisupis (Kedainiai r.) and the Vardas (Ukmerge r.) and comparison of these results with the yearly water discharge and fluctuation indices in larger rivers (the Jura, the Minija, the Susve, the Nevezis and the Sventoji), which have been determined by other researchers. The mean annual specific water runoffof the small rivers the Graisupis and the Vardas (5.2 and 7.61 s"1 km"2) has been determined to be characteristic to Lithuanian hydrological regions they represent (4.5-6 and 7-9 1 s1 km"2 for the Middle and South-Eastern Lithuania correspondingly), except for the smallest river Lyzena (6.61 s"1 knr;, and 9-141 s"1 knr: for the Western Lithuania). The investigated small rivers dry up significantly (water runoff in June makes up 0.5-2 % of annual runoff, while in the large rivers it is 2-5 %). In the small rivers the spring flood reaches maximum water flow 13 days earlier and water runoff fluctuation within a year, which is characteristic to different Lithuanian hydrological regions, is even more expressed than in the large rivers: in the Lyzena water runoff in January exceeds that in March, in the Graisupis water runoff in June is extremely low, in theVardas the runoff in December is the lowest across the countryVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Chemical composition of wet deposits and drainage runoff in agroecosystems: the case of Middle Lithuania

The consistent patterns of chemical composition of wet deposits and drainage runoff concentration have been permanently studied in two stationary sites in the Middle Lithuania for the last decades since late 1980s. The results of simultaneous observations presented in this paper show that the concentration of SO4 -2–S, Mg+2, PO4 -3-P, NO3 --N, NH4 +-N and Ca+2 in wet deposits positively correlates with the concentration of these ions in drainage runoff water (R=0.59, 0.61, 0.51, 0.49, 0.42 and 0.35, correspondingly, R05=0.35). A sharp decrease in SO4 -2–S concentration from 5.5 to 2.5 mg l-1 and periodical decrease versus increase in NO3 --N and NH4 +- N concentration and load are determined in the agroecosystems studied from 1988–1989 with short intervals to 2007. This outcome has mainly an economic character: impact of changes in animal numbers, increase of transport load, fuel consumption and industrial emissionsVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Azoto koncentracijos upelyje prognozės įvertinant baseino žemėnaudą

Vytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Nitrogen and phosphorus trends in the Nevėžis Basin

Straipsnyje nagrinėjama azoto ir fosforo junginių Nevėžyje kaita 1986-2006 m. Tiriamasis laikotarpis apima paskutinius penkerius sovietmečio metus ir pereinamąjį iš centralizuoto valdymo į rinkos ekonomikos laikotarpį (1991-2006 m.). Šiuo laikotarpiu Lietuvoje pramonės gamyba ir vandens suvartojimas sumažėjo daugiau negu perpus. Atkūrus nuosavybės teisę į žemę, 1991-1992 m. daugelis buvusių kolūkių suskilo į 330.6 rūkst. smulkių ūkių, kurių žemė sudarė 65,9 proc. visų žemės naudmenų. Žemės ūkyje javu raselių tręšimas mineralinėmis trąšomis nuo 1986 iki 1997 m. sumažėjo 86.- proc . o derlius-25 proc.; galvijų ir kiaulių skaičius minimu laikotarpiu sumažėjo 70 proc. Darbo tikslas buvo išaiškinti Nevėžio upės taršos azoto ir fosforo junginiais tendencijas taikant Mann-Keniaii. metodą ir pašalinti upės nuotėkio kaitos poveikį. Nustatyta, kad amonio azoto 'Ir fosfatų fosforo apkrovos Juostoje ties Jackagaliu ir Nevėžyje aukščiau Raudondvario r.uo 1986 iki 2006 m. labai sumažėjo, tuo tarpu nitratų azoto apkrovos reikšmingai didėjo visose stebėjimo vietose, išskyrus Juostą, kurios pagrindinis teršeja; - • tarša. Kai mėnesiniai ir metiniai cheminių junginių koncentracijųSV>TS-. RRA: irdeli. normalizavimas pagal upės nuotėkį didelės įtakos kaitos tendencijoms neturi. Chemmmjunginių koncentracijų ir apkrovų pokyčių analizė rodo, kad tendencijų :Jr. skinamas labai priklauso nuo stebėjimų eilės ilgio ir analizei imto laikotarpio padėties toje eilėjeThis article analyses the alternation of nitrogen and phosphorus compounds during the period 1998 to 2006. The investigated period comprises the last five years of the Soviet era and the transition from central management to market economy between 1991 and 2006. During the researched period, industrial production and water consumption in Lithuania decreased more than twofold. After the restoration of land property in 1991-1992, many former collective farms split into 330,600 small farms, covering 65.9 % of all landed property. In agriculture, the fertilization of crop fields using mineral fertilizers, for the period between 1986 and 1997, decreased by 86.4 %, the harvest reduced by up to 25 %, and the number of cattle and pigs decreased by 70 %.The article attempts to explain the pollution trends of nitrogen and phosphorus compounds in the Nevezis River, applying lie Mann-Kendall method to eliminate the influence of the alternation of river runoff. It establishes that the load of ammonium i;rrogen and phosphate phosphorus in the Juosta at Jackagalis and in the Nevezis above Raudondvaris. for the period between 986 and 2006, decreased significantly. The load of nitrate nitrogen significantly increased in all of the investigated sites except is Juosta. Flow normalization does not greatly influence the tendencies of the monthly and annual fluctuations in the concentration :f chemical compounds. The analysis of the concentrations of these compounds and load alternations reveals that tendencies i^rually depend more on the period chosen for the calculationVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Fosforo kaitos Nemuno ir kai kurių jų intakų vandenyje tendencijos ir priežastys

Rytų Europos šalyse, vertinant upių vandens kokybės kaitos tendencijas pereinamuoju iš centralizuotos planinės ekonomikos (valstybinė gamybos priemonių nuosavybė) į rinkos ekonomiką, kai vyrauja privati nuosavybė, laikotarpiu, gauti labai skirtingi rezultatai. Straipsnyje analizuojama Lietuvoje vykusių gamybos santykių permainų įtaka Nemuno (nuo ištakų iki žiočių) ir svarbiausių jo intakų vandens kokybei. Analizei Išskirti trys laikotarpiai: tarybinės komandinės sistemos laikotarpis( 1986-199 lm.), pereinamasisįrinkosekonomikąirprivaiiąnuosavybę laikotarpis( 1992-1996 m.) ir rinkos ekonomikos laikotarpis, kai vyrauja privati nuosavybė (1997-2002 m.). Fosfatų fosforo (PO,-P) koncentracija Nemuno žiotyse nuo pirmojo iki trečiojo laikotarpio sumažėjo 86%. Sezoninis (SMK) ir dalinis (DMK.) Mann-Kendall PO^- P koncentracijos testas, normalizuojantis upių nuotėkį, patvirtino aiškią mažėjimo tendenciją 14 iš 16 stebėtų vietų. PO,-P taršos mažėjimo pagrindinės priežastys - tai sumažėjusi pramonės bei miestų koncentruota tarša ir gerokai mažesnis gyvulių skaičius žemės ūkyje. Nemuno upę ties Smalininkais fosforu daugiausia teršia Kauno miesto ir pramonės nuotekos. Polinominis ryšys gana stiprus (/?2 = 0,64). Fosforo kiekį Nemune žemiau Kauno įtakoja ir Nevėžio upė, nors čia polinominio ryšio determinacijos koeficientas mažesnis (R1 = 0,27). Didžiausi Nevėžio upės teršėjai fosforu yra Panevėžio bei Kėdainių miestai ir pramonė. Į upės atkarpas aukščiau miestų fosforas daugiausia patenka iš gyvulininkystės ūkiųVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Gamtinių ir antropogeninių veiksnių įtaka azoto išplovai upelių baseinuose

Trijuose Lietuvos žemės ūkio veiklos baseinuose (Vakarų, Vidurio ir Pietryčių Lietuvoje) jau vienuolika metų tiriama, kaip keičiasi vandens nuotėkis ir bendrojo azoto (N) išplovimas kintant gamtinėms sąlygoms ir žemės ūkio veiklai. Tiriami upelių baseinai skiriasi klimato sąlygomis, dirvožemiu, žemės naudojimu ir ūkininkavimo intensyvumu. 1996-2006 m. vidutinis metinis nuotėkis ir N koncentracijos tirtų upelių žiotyse labai kito. Upelių nuotėkis kito nuo 159 iki 240 mm, o N koncentracija - nuo 2,4 iki 5,9 mg l-1. Didžiausias upelio kalvotoje Pietryčių Lietuvoje nuotėkis (į jį, be kritulių, patenka ir gruntinis vanduo). Didžiausia N koncentracija yra Vidurio Lietuvos upelyje, kurio baseine žemės ūkio veikla intensyviausia, o upės maitinamos beveik vien paviršinio vandens. Taikant metinių stebėjimų duomenų daugialypę polinominę regresinę analizę nustatyta, kad N koncentracijos visuose tirtuose upeliuose priklauso nuo kritulių kiekio, oro temperatūros ir N koncentracijos krituliuose (R2= 0,92; 0,83 ir 0,56). Mėnesinių stebėjimų ryšys tarp gamtinių veiksnių ir N koncentracijos upeliuose silpnas. Įvairiose Lietuvos dalyse gamtiniai veiksniai turi nevienodą įtaką N koncentracijos upeliuose kaitai. Tiriant kiekvieno gamtinio veiksnio poveikį atskirai nustatyta, kad Vidurio ir Pietryčių Lietuvoje upelių vandens kokybei didžiausią įtaką turi krituliai (R2= 0,72 ir R2= 0,61 ). Vakarų Lietuvoje N koncentraciją upelyje lemia šio elemento koncentracija krituliuose ir oro temperatūra (R2= 0,58 ir R2= 0,54). Didžiausia vidutinė metinė N apkrova 1 996-2006 m. buvo Vidurio Lietuvos upelyje -13,5, o mažiausia Vakarų Lietuvos upelyje - 5,5 kg ha-1. N apkrova tirtuose upeliuose kai kuriais metais skyrėsi iki 4-5 kartų. Vidurio ir Pietryčių Lietuvos upeliuose, esančiuose toliau nuo jūros, N apkrova didžiausia pavasarį, o Vakarų Lietuvos upelyje, kur jaučiama jūros įtakaVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij

Žemėnaudos poveikis azoto išplovimui ir taršos mažinimo galimybės

Dirvos dirbimo ir naudojimo ir azoto išplovimo tyrimas atliktas Graisupio upelio baseine (Kėdainių r.), kuris intensyviu žemės naudojimu yra būdingas Vidurio Lietuvos regionui. Tyrimas parodė, kad daugiausia azoto išplaunama iš kaupiamųjų augalų laukų (22,4 kg ha-1 per metus). Azoto išplovimas iš laukų, kur auginami vasariniai ir žieminiai javai, buvo atitinkamai 18,9 ir 16,59,6 kg ha-1. Mažiausias azoto išplovimas nustatytas iš ganyklų (10,5 kg ha-1). Graisupio baseinui buvo paruošti keli priemonių scenarijai siekiant nustatyti, kaip sumažinti azoto išplovimą. Praktikoje žolių santykinių plotų padidinimas yra problemiškas. Atlikta analizė atskleidė, kad tręšimas, neviršijantis augalų poreikio, ir supaprastintas žemės dirbimas efektyviau sumažina azoto išplovimą negu pasėlių struktūros keitimasThe investigation of land use and nitrogen leaching was performed in the Graisupis watershed (Kėdainiai region), typical of intensive land use in the Middle Lithuania region. The investigation revealed that the largest quantities of nitrogen were leached from fields under row crops (22.4 kg ha-1 year-1). Nitrogen leaching from fields under spring and winter cereals was 18.9 and 16.5 kg ha-1 year-1, respectively. The lowest level of leaching was from fields under pastures (10.5 kg ha-1 year-1). Different scenarios of measures were made for the Graisupis watershed to compare nitrogen leaching reduction. In practice, the increase in percentage of areas under grasses is problematic. The analysis revealed that the fertilization rate not higher than plant need (considering plant available nutrient storage in soil) and minimized soil tillage systems are more effective for leaching reduction on a watershed scale than changes in crop structureVytauto Didžiojo universitetasŽemės ūkio akademij