Identifiering av riskområden for fosforförluster i ett jordbruksdominerat avrinningsområde i Dalarna

Syftet med detta arbete är att identifiera de delarna av ett litet avrinningsområde som är känsligast för fosforförluster men också att beskriva arbetsgång och metoder som kan användas för att utforma en strategi för att minska dessa förluster. Hela projektet består av två anknutna arbeten, denna studie med huvudfokus på att fastställa orsaker till övergödningsproblem samt identifiera vilka delar av avrinningsområdet som göder sjöarna mest, och ett examensarbete med fokus på källfördelningsmodelleringen och identifiering av lämpliga åtgärder för att minska fosforförluster (P-förluster) (Spännar, 2008). Följande moment ingick i detta projekt: 1. Insamling av bakgrundsdata för områdesbeskrivning, med avseende på markanvändning, gröd- och jordartsfördelning, förekomst av enskilda avlopp, djurtäthet m.m. 2. Intervjuer av lantbrukare och sammanställning av data angående odlingsdata (skiftesvis grödfördelning, markbearbetning, gödsling m.m.) och lantbrukarnas egna iakttagelser av ytavrinning, erosion, stående vatten m.m. 3. Sammanställning och analyser av höjddata med hög resolution för att definiera delavrinningsområden och beräkna vattnets vägar i landskapet. 4. Markprovtagning och markanalyser av förråds-P (P-HCl), växttillgänglig P (P-AL), Pfrigörelse (P-CaCl2), markens P-bindningskapacitet, samt Cs-137-analyser som ett mått på erosion och deposition. 5. Analys och utvärdering av erhållna resultat från markprovtagningen. 6. Analys och utvärdering av miljöövervakningsdata beträffande vattenkvaliteten. 7. Hydrologisk modellering med FyrisQ-modellen. 8. Källfördelningsmodellering med Fyrismodellen. 9. Beräkningar av erosion och deposition med USPED-modellen. 10. Sammanställning av en lista över lämpliga motåtgärder i området. Resultat visar att Milsbosjöarna är högt belastade med P och att jordbruket står för en stor del av den totala belastningen. Höga P-halter i marken i kombination med ett böljande landskap och en erosionsbenägen jord skapar förutsättningar för höga P-förluster. Vid åtgärdsarbetet bör man ta hänsyn till både löst och partikulärt P. Halter av både förråds-P (P-HCl) och växttillgänglig-P (P-AL) varierar mycket i området vilket tyder på en ojämn gödselspridning under en lång period. Ett tydligt samband mellan P-frigörelse och P-AL betonar betydelsen av behovsanpassad gödsling som en viktig långsiktig åtgärd för att minska P-förlusterna. Beräkningar med hjälp av högupplösta höjddata visar att detaljerade kartor över erosion/deposition kan vara ett bra underlag för fält- och skiftesvis planering av eventuella motåtgärder. Arbetet inom ramen för EU:s vattendirektiv med framtagning av åtgärdsprogram kräver i det kommande steget en omfattande insats där befintliga kunskaper måste utnyttjas på bästa möjliga sätt. När det gäller övergödningen och P betonas ofta bristande kunskap kring både de styrande processerna och effekterna av eventuella åtgärder. Även om kunskapsläget kunde och borde vara bättre får det inte bli ett alibi för uteblivna åtgärder. Detta projekt visar att vi genom ett brett spektrum av olika verktyg, beräkningsmetoder, mark- och vattenanalyser och modeller kan beskriva ett avrinningsområde för att skapa underlag till detaljerade och rumsligt distribuerade åtgärder. En hel del av resultaten kan användas även utanför själva studieområdet (Milsboåns avrinningsområde), d.v.s. i områden med liknande förutsättningar. Under andra förutsättningar bör man dock se över vilka metoder, verktyg och modeller som passar bäst för syftet och de lokala förhållandena

Jordartsfördelning och växtnäringstillstånd i svensk åkermark

Med syfte att ta fram en förbättrad jordartskarta över matjordslagret i den svenska åkermarken har Jordbruksverket låtit ta jordprover i matjordslagret på åkermarken i Syd- och Mellansverige. Eurofins och Hushållningssällskapet har utfört jordprovtagningen under 2011 och 2012. Jordproverna har sedan analyserats av Eurofins med avseende på textur (d.v.s. ler, silt och sand), pH, P-AL, K-AL, Fe-AL, Al-AL, Mg-AL, Ca-AL, jordart och mullhalt. Huvudsyftet med databearbetningen var dels att jämföra resultat från detta dataset med ett äldre dataset (data från miljöövervakningsprogrammet ”Yttäckande rikskartering av åkermark”), dels att få en generell bild över parametervariationerna med utlakningsregionerna som utgångspunkt. En annan viktig del av sammanställningen var dels att producera kartor som visar de provtagna parametrarna, dels att ta fram en ny jordartskarta över svensk åkermark. Sammanlagt 12 598 punkter ingår i datasetet men det bör noteras att antal jordprover med befintliga analyserade värden kan skilja mellan olika variabler, då vissa variabelvärden saknas för några prover. Sammanfattningsvis var skillnaderna mellan de två studerade dataseten små, men vissa av dessa skillnader var statistiskt signifikanta, för vissa produktionsregioner och/eller för landet som helhet. De troligaste förklaringarna skiljer sig åt för olika parametrar och innefattar analysskillnader (textur), små skillnader i dataunderlaget (mullhalt) och förändrade odlingsförhållanden som t.ex. lägre fosforgödsling (P-AL). Utvärdering av statistiska mått vid jämförelser mellan den nyframtagna och den gamla jordartskartan visar at både objektsnoggrannhet (B) och överrensstämmelsekoefficienten kappa (κ) är högre för den nya kartan. Mätosäkerheten i texturbestämningen är dock hög och ligger t.ex. på 20 % för lerhalt och 30 % för sandhalt. Den tillämpade metodologin med gruppering av jordar enligt deras texturgrupp minskar dock risken för felbedömningen och den begränsas till närmaste texturklasserna, vilket innebär att risken för felbedömning mellan texturmässigt avlägsna jordarter är låg. En annan väsentlig skillnad mellan den gamla och den nya kartan är upplösningen. Den gamla kartan utgörs av ett 10x10 km-grid medan den nya är producerad i 25 x 25-metersupplösning. Sammanfattningsvis, de statistiska resultaten (B och κ) visar att en förbättring av jordartskartan var möjlig med de nya mätpunkterna, samtidigt som upplösningen kunde ökas. Det är särskilt viktigt vid mer lokala tillämpningar av jordartskartan

Underlag till bedömningsgrunder för kväve i sjöar och vattendrag

I denna rapport redovisas förslag till bedömningsgrunder för kväve i sjöar och vattendrag. Kväve ingick i de tidigare bedömningsgrunderna från 1999, men inte i den senaste versionen från 2007. Där används bara fosfor som kemisk parameter för övergödning med motiveringen att övergödning i söt- vatten bara antas bero på fosfor. Vattenförvaltningen har dock uttryckt ett behov av bedömningsgrunder för kväve för att ha verktyg för att föreslå åtgärder mot kväveläckaget till havet där kväve är ett större problem. Kvä- vebegränsade sjöar i norra Sverige med låg kvävedeposition motiverar också bedömningsgrunder för kväve. Förslaget följer upplägget för bedömningsgrunderna för fosfor med refe- rensvärden för vatten utanför jordbrukslandskapet beräknat med regress- ionsformler baserat på data från sjöar och vattendrag utan påverkan från punktutsläpp, jordbruksmark och urban mark. I avrinningen från jordbruks- mark definieras referensvärdet som halva det beräknade rotzonsläckaget från ogödslad vall med hänsyn tagen till läckageregion och jordart. I rekommendationen beräknas referensvärdet för sjöar TNref enligt formeln: logTNref = 1,597 + 0,614 * logTOC + 0,147 * LogNDep2008 där TOC = halten totalt organiskt kol (mg/l) och NDep2008 = kvävedeposit- ionen år 2008 i ekv/ha. Detta referensvärdet avser förväntat värde med da- gens markanvändning och deposition. I ett alternativt förslag sätts NDep till medelvärdet för depositionen 1860 vilket resulterar i formeln: logTNref =1,774+0,614*LogTOC I vattendrag beräknas referensvärdet med den motsvarande formeln: logTNref = 1,702 + 0,533 * Log TOC + 0,105 * LogNDep Om andelen jordbruksmark är mer än 10 % beräknas referensvärdet i vat- tendrag enligt formeln: TNref,jo = (TNjo * Ajo*f + TNref*(100-Ajo))/100 Där: TNref,jo = det sammanviktade referensvärdet (total-N μg/l) i områden med jordbruksmark Njo = referensvärdet (TN μg/l) för avrinning från jordbruksmark Ajo = andel jordbruksmark (%) i området Nref = referensvärdet för “icke jordbruksmark” enligt ovan f = 0,5 Sjöar som har en kvot mellan löst oorganiskt kväve (DIN) och totalfosfor (TP) mindre än 1,5 under vårcirkulationen betecknas som kvävebegränsade. För dessa får halten DIN inte stiga mer än att kvoten ökar till 3,4 vilket är gränsen för fosforbegränsning. 3 Gränserna mellan klasser för ekologisk status sattes till > 0,7 (hög), 0,5-0,7 (god), 0,3-0,5 (måttlig), 0.2-0,3 (otillfredsställande) och <0,2 (dåligt) för kvoten mellan referenshalt och uppmätt halt. Detta är samma klassgränser som för fosfor. Gränsen mellan god och måttlig status är därmed det dubbla referensvärdet. I detta arbete med bedömningsgrunder för kväve framkom en otydlighet i implementeringen av vattendirektivet i hur referenstillståndet ska sättas. I vattendirektivet ska referensförhållandet motsvara ett tillstånd obetydligt opåverkat av människan. I vägledningsdokumentet från 2003 förtydligas det med att där man idag driver jordbruk ska referensvärdet motsvara läckaget från ett förindustriellt jordbruk. I den svenska implementeringen har detta inte vidare specificerats till någon specifik tidpunkt i historien eller en viss typ av odlingsform. I stället har man definierat referensvärdet för fosfor i vattendrag i jordbrukslandskapet till halva rotzonsläckaget från ogödslad vall. Vidare har man inte definierat hur man ska förhålla sig till den omfat- tande förändringen av jordbrukslandskapet som genomfördes samtidigt med industrialiseringen som t ex dränering och sjösänkningar och som har på- verkat markläckage och retention av näringsämnen. Inte heller den förhöjda kvävedepositionens påverkan på ytvattens ekosystem med avseende på nä- ringsämnen har beaktats i utformandet av definitionen av referenstillstånd utan alla sötvattenekosystem antas vara begränsade av fosfor i primärpro- duktionen. Det saknas även en koppling mellan bedömningsgrunderna för de kemiska kvalitetsfaktorerna och de biologiska, och även mellan bedöm- ningarna för sötvatten respektive kust och hav. Vi rekommenderar att beräkna referensvärdet för TN för vatten utanför jordbrukslandskapet baserat på dagens kvävedeposition och därmed bara skydda de sjöar som idag ännu är kvävebegränsade från att bli fosforbegrän- sade. Det motiveras av att det är nästan tekniskt omöjligt att återskapa det tillstånd med kvävebegränsning som troligen rådde i förindustriell tid och att den biologiska förlusten när en sjö övergår från kvävebegränsning till fosforbegränsning inte är lika betydande ur allmänhetens perspektiv som t ex de skador som försurningen och vattenkraftsutbyggnaden gett upphov till

Cost effectiveness of nutrient retention in constructed wetlands at a landscape level

Since 1990, over 13 000 ha of constructed wetlands (CWs) have been implemented to increase biodiversity and reduce nitrogen (N) and phosphorus (P) loads to Swedish waters. Despite the considerable number of CWs and ambitious investments planned for the coming three years, there is limited follow up of cost-efficiency of catchment- and landscape-scale nutrient retention by existing CWs. Such follow up evaluation could provide clear guidance regarding optimal size and location of future CWs. We present a three-step modelling approach to assess cost-efficiency of 233 CWs in two Swedish regions (East, 4321 km2, and West, 916 km2). Modelled nutrient retention in CWs was predominantly low, especially in the East, due to their suboptimal location in catchments, e.g., with inadequate upstream areas (low hydraulic loads) and/or low share of arable land (low nutrient loads). Suboptimal location of CWs generates both higher than necessary costs and low area-specific nutrient retention, leading to low cost-efficiency. Some high cost-efficiency CWs were identified, especially for N retention in the West. To increase their cost-efficiency, continued investments in CWs require clear guidance and instructions. To achieve optimal placement, both CW site and size in relation to incoming hydraulic and nutrient loads must be considered

Förslag till vidareutveckling av bedömningsgrunder för fosfor i vattendrag

Enligt Bedömningsgrunder för sjöar och vattendrag beräknas referensvärdet för totalfosfor i jordbrukspåverkade vattendrag (>10% jordbruksmark i avrinningsområdet) som ett areaviktat medelvärde av halva bakgrundshalten för jordbruksmark respektive övrig mark. Bakgrundshalten för jordbruksmark baserar sig på PLC5-beräkningarna som redovisar olika bakgrundstyphalt beroende på jordart, region, lutning och fosforhalt i marken. Ovan nämnda metodik har vidareutvecklats för att bli mer tillämpbar och användarvänlig. Denna vidareutveckling omfattar: Att ersätta lutnings- och mark-P klasser med diskreta värden för lutning respektive P-halt i jordbruksmark med hjälp av regressionsekvationer. Detta innebär högre upplösning i skalan samt rimligare värden i många av landets 22 läckageregioner. Att ersätta P-halten i matjorden med P-halten i alven (40-60 cm) vid beräkning av bakgrundshalt för P från jordbruksmark. Eftersom det antas att ingen fosforanriktning från gödsling sker under 40 cm så ger detta ett rimligare värde på bakgrundshalten i jordbruksmark. Ett PC-baserat verktyg har tagits fram där man via kartgränssnitt steg för steg kan välja utlakningsregion, jordart, lutning och bakgrundshalt för P i marken för att automatiskt få beräkning av bakgrundshalt för fosforläckage från jordbruksmark. Den halveringsfaktor som idag ingår i ekvationen för beräkning av referensvärdet för fosfor för vattendrag bör utredas närmare och ersättas med rimligare metodik. Halveringsfaktorn innebär att referensvärdet för områden med jordbruksmark i vissa fall blir lägre en motsvarande referensvärde beräknat med modellen för skogslandskapet vilket inte är rimligt. Halveringsfaktorn är tänkt att kompensera för den fosforretention som sker från rotzon/fältkant till vattendrag och sjöar. Men en närmare utredning bör se över om denna faktor överhuvudtaget behövs för mindre vattendrag uppströms sjöar samt om retentionen kan tas fram via källfördelningsmodellering eller skattas med enklare metodik. För att kunna sätta ett rimligt referensvärde för jordbrukspåverkade sjöar behöver nuvarande metodik i Bedömningsgrunderna ses över. Om man med ovan nämnd metodik för vattendrag kan beräkna ett referensvärde för fosfor i vattendrag så kan man också beräkna bakgrundsbelastningen på sjöar. Det behövs således en metodik att skatta fosforretentionen i sjöar för att kunna beräkna ett sjöspecifikt referensvärde för fosfor

Soils potentially vulnerable to phosphorus losses: speciation of inorganic and organic phosphorus and estimation of leaching losses

Eutrophication is an important threat to aquatic ecosystems world-wide, and reliable identification of areas vulnerable to phosphorus (P) losses from diffuse sources is essential for high efficiency of mitigation measures. In this three-step study we investigated (i) relationships between the agronomic (Olsen-P and P-AL) and environmental soil P tests (P-CaCl2) with molecular techniques (P-31 NMR and XANES) followed by (ii) rainfall simulation experiment on topsoil lysimeters and (iii) comparison to long-term field measurements of water quality. Soil samples were collected from seven sites indicated to be vulnerable to nutrient losses due to underlying geology. High P release correlated to standard agronomic P tests (Olsen P, r = 0.67; and P-AL, r = 0.74) and low P sorption capacity (r = - 0.5). High content of iron-bound P compounds indicated more labile P and higher release of dissolved P (r = 0.67). The leaching experiment showed that three out of four soils with high initial soil P status had both higher P leaching concentrations before fertilization (0.83-7.7 mg P l(-1)) compared to soil with low initial soil P status (0.007-0.23 mg P l(-1)), and higher increase in P concentrations after fertilization. Higher soil P sorption capacity reduced P leaching losses. Finally, long-term monitoring data show no significant trends in P losses in a field with low initial P content and moderate P fertilization rates whereas high and over time increasing P losses were recorded in a field with high initial soil P content and repetitively high P fertilization rates

A sub-field scale critical source area index for legacy phosphorus management using high resolution data

AbstractDiffuse phosphorus (P) mitigation in agricultural catchments should be targeted at critical source areas (CSAs) that consider source and transport factors. However, development of CSA identification needs to consider the mobilisation potential of legacy soil P sources at the field scale, and the control of (micro)topography on runoff generation and hydrological connectivity at the sub-field scale. To address these limitations, a ‘next generation’ sub-field scale CSA index is presented, which predicts the risk of dissolved P losses in runoff from legacy soil P. The GIS-based CSA Index integrates two factors; mobile soil P concentrations (water extractable P; WEP) and a hydrologically sensitive area (HSA) index. The HSA Index identifies runoff-generating-areas using high resolution LiDAR Digital Elevation Models (DEMs), a soil topographic index (STI) and information on flow sinks and effects on hydrological connectivity. The CSA Index was developed using four intensively monitored agricultural catchments (7.5–11km2) in Ireland with contrasting agri-environmental conditions. Field scale soil WEP concentrations were estimated using catchment and land use specific relationships with Morgan P concentrations. In-stream total reactive P (TRP) concentrations and discharge were measured sub-hourly at catchment outlet bankside analysers and gauging stations during winter closed periods for fertiliser spreading in 2009–14, and hydrograph/loadograph separation methods were used to estimate TRP loads and proportions from quickflow (surface runoff). A strong relationship between TRP concentrations in quickflow and soil WEP concentrations (r2=0.73) was used to predict dissolved P concentrations in runoff at the field scale, which were then multiplied by the HSA Index to generate sub-field scale CSA Index maps. Evaluation of the tool showed a very strong relationship between the total CSA Index value within the HSA and the total TRP load in quickflow (r2=0.86). Using a CSA Index threshold value of ≥0.5, the CSA approach identified 1.1–5.6% of catchment areas at highest risk of legacy soil P transfers, compared with 4.0–26.5% of catchment areas based on an existing approach that uses above agronomic optimum soil P status. The tool could be used to aid cost-effective targeting of sub-field scale mitigation measures and best management practices at delivery points of CSA pathways to reduce dissolved P losses from legacy P stores and support sustainable agricultural production

Fokus på Mälaren 2022 : sammanfattande resultat från miljöövervakning och fokusprojekt knutna till samarbetet mellan SLU och Mälarens vattenvårdsförbund

Sveriges lantbruksuniversitet och Mälarens vattenvårdsförbund fortsätter sitt samarbete med fokus på Mälaren. Under 2022 har vi haft tre Mälarinarier och haft ett tvådagars Mälarseminarium som samlade cirka 60 deltagare för att få information om vad som händer i sjön och för att diskutera åtgärdsarbete.Året kännetecknades av en mild början och en varm sommar där augusti stod ut som både varm och nederbördsrik, vilket bidrog till höga halter av cyanobakterier vid många provtagningsstationer i augusti. Statusbedömningen visar som tidigare år att det är stationer med sämre status än god som dominerar för att det problem men för hög näringspåverkan i stora delar av sjön. Några stora djupa bassänger har låga syrgasnivåer i det kalla bottenvattnet i slutet av sommaren vilket behöver tas på allvar eftersom Mälaren har flera kallvattensarter som behöver vara där sommartid.Två doktorander har delvis gjort sina studier i Mälarens avrinningsområde och de har försvarat sina avhandlingar under 2022. Den ena visar att trädbevuxna bårder runt vattendrag i hög grad skyddar biologisk mångfald och gör att kretsloppet sluts så att mer näring förs tillbaka från vattnet till land. Den andra visade att det är viktigt att minska erosion från jordbruksmark eftersom suspenderade jordpartiklar i vatten bidrar starkt till fosfortransport från land till vatten.Andra vetenskapliga publikationer av intresse i ett Mälarperspektiv är t.ex. en om våtmarker som visar att det behövs ett landskapsperspektiv och anläggning av grupper av närliggande våtmarker för att få bäst total effekt. Två studier visar att det är viktigt att känna till hydrologin för att kunna planera åtgärder och rening av PFAS nära kända punktutsläpp.Årets studentarbeten visade genom modellering att fosfortransporten från land till vatten kommer att öka i ett varmare klimat, att metanavgång från anlagda våtmarker kan vara stor vintertid samt att betalningsviljan hos befolkningen runt en sjö skulle kunna vara tillräcklig för att täcka in åtgärdskostnaden för aluminiumbehandling för att lindra effekter av övergödning