Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och Holger Johnsson Kristina Mårtensson, SLU.

Transkript

1 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999 Holger Johnsson Kristina Mårtensson, SLU Rapport 5248

2 x

3 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999 Underlagsrapport till TRK Holger Johnsson Kristina Mårtensson, SLU

4 Beställningsadress: Ordertelefon: Orderfax: E-post: Postadress: CM Gruppen Box Bromma Internet: NATURVÅRDSVERKET TEL: (växel) E-post: Postadress: Naturvårdsverket, Stockholm ISBN ISSN Naturvårdsverket 2002 Original: Baluns Tryck: CM Digital tryck AB Omslagskarta: Ann-Margreth Holst

5 Förord Det i denna rapport redovisade arbete har utförts på uppdrag av Naturvårdsverket och Jordbruksverket som en del i ett projekt (TRK) med syfte att beräkna den totala närsaltsbelastningen från Sverige till omgivande hav. Rapportering sker till HELCOM/PLC4 för år 1999/2000 och för uppföljning av jordbrukspolitikens (CAP) påverkan på kväveläckage från åkermark sedan EU-inträdet Kväveläckage från åkermark är en av de belastningskällor vars storlek behöver kvantifieras vid beräkning av den totala belastningen av kväve på havet. I denna rapport ges en detaljerad beskrivning av den metod vi använt vid beräkning av jordbrukets läckage från olika delar av landet och resultatet av dessa beräkningar. Rapporten utgör en underlagsrapport till slutredovisningen av hela TRK-uppdraget. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

6 Innehållsförteckning Förord 5 Introduktion 8 Metod 9 Modellen 9 SOILNDB 9 SOIL-SOILN modellerna 10 Matrisen 11 Utlakningsregioner 11 Jordar 12 Grödor 13 Gödsling 13 Data och antaganden 13 Marken 13 Klimatdata 15 Gödsling, N-fixering och deposition 15 Tidpunkter för jordbearbetning, sådd och skörd 18 Skörd 19 Beräkningsmetodik 20 Utlakningskoefficienter 20 Medelutlakning och bruttobelastning 22 Resultat och diskussion 23 Utlakningskoeffi cienter 23 Regioner och gödslingsformer 23 Grödor 28 Jordar 30 Gröd- och gödslingskombinationer 30 Jämförelse 1995 och Medelutlakning och bruttobelastning 34 Jämförelse med mätningar inom miljöövervakningen för jordbruket 38 Bilagor Appendix Appendix Appendix Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

7 Sammanfattning Beräkningar av kväveutlakningen från svensk åkermark har gjorts som en del i ett projekt (TRK) med syfte att beräkna den totala närsaltsbelastningen från Sverige till omgivande hav för rapportering till internationella komissioner och för uppföljning av jordbrukspolitikens påverkan på åkermarkens kväveläckage. Beräkningen, som har gjorts för åren 1995 och 1999, omfattar hela Sveriges åkerareal och har utförts med hjälp av simuleringsverktyget SOILNDB som är baserad på SOIL-SOILN-modellerna. Sverige har delats upp i 22 st s.k. utlakningsregioner, vilka karakteriseras av olika klimat, produktionsinriktning, gödslings- och produktionsnivåer. För varje region har s.k. normalutlakningar beräknats för ett antal olika kombinationer av grödor (13 st), jordarter (10 st) och gödslingsformer (2 st). Normalutlakningarna representerar utlakningen för ett år med normaliserat klimat och motsvarande normaliserade skörd och har utförts med hjälp av 20-åriga tidsperioder av väderdata i kombination med statistik om bl.a. normskördar, gödsling, grödarealer och andel handels- och stallgödslad areal. Växtsekvenser har skapats med en för ändamålet utvecklad växtföljdsgenerator varefter medelvärden för utlakning för de olika kombinationerna av grödor och gödsling beräknats. Det som kvantifierats i beräkningarna är rotzonsutlakning av kväve, 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. De framräknade normalutlakningarna har använts för att ta fram medelutlakning och bruttobelastning av kväve från de olika utlakningsregionerna. Med hjälp av GIS har en uppskattning av fördelningen av jordarter i de olika områdena gjorts. För hela Sverige beräknades medelutlakningen av kväve vara oförändrad, ca 22 kg N/ha, mellan åren 1995 och Skillnaden i medelutlakning mellan de olika regionerna var stor och varierade mellan 6 och 47 kg N/ha för Lägsta utlakningen fanns i skogsbygderna och i regionerna med lägsta avrinningen. Medelkoncentrationen var ca 7 mg N/l och varierade mellan 2 och 14 mg N/l för de olika regionerna. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

8 Introduktion Utlakning av kväve från åkermark är en naturlig process som sker från all mark men i mycket varierande omfattning beroende av t.ex. klimat, jordtyp, gödsling och vad som odlas. Den varierar också kraftigt från år till år beroende på varierande väder och årsmån. Utlakningen är ett s.k. diffust utsläpp (i motsats till punktutsläpp från t.ex. avlopp) och därmed mycket svår att mäta och övervaka. I detta sammanhang definieras kväveutlakningen som det kväve som transporteras ned förbi markens rotzon, ungefär vid 1 meters djup. När kvävet passerat förbi rotzonen kan det inte längre tas upp av växtligheten och är därmed ej längre påverkbart av olika odlingsåtgärder inom jordbruket, d.v.s. kvävet har lämnat jordbrukssystemet. Kvävet transporteras därefter antingen ner till djupare grundvatten, som förr eller senare når ett vattendrag, eller till ett dräneringssystem för vidare transport ut i diken och till större vattendrag. Under denna transport sker retentionsprocesser som reducerar mängden kväve som når vattendraget. Omfattningen av denna retention är beroende av de lokala förhållandena och varierar kraftigt. Alla värden på utlakning presenterade i denna rapport representerar rotzonsutlakning från åkermark. Denna utlakning kan betraktas som åkermarkens bruttoutlakning eller bruttobelastning. För att bestämma hur stor åkermarkens utlakning är utförs mätningar i forskningsprojekt och miljöövervakningsprogram. Dessa är dock komplicerade och kostnadskrävande och kan därför inte utföras för alla typer av jordar och klimat eller för olika grödor och odlingsåtgärder. För att representera all åkermark i Sverige krävs ett oändligt antal kombinationer. Det krävs således en generaliserad beskrivning av utlakningen om den samlade utlakningen från all åkermark i ett större område, eller som i detta fall för hela Sverige, ska beräknas. I detta arbete använder vi en matematisk modell, SOIL/SOILN, och ett till denna kopplat simuleringsverktyg, SOILNDB, för att göra denna generalisering. Modellen kan beräkna rotzonsutlakningen av kväve för olika typer av jordar, klimat, grödor, gödsel, etc. Modellen, som utvecklats vid SLU i mitten på åttiotalet, har tillämpats på ett flertal olika utlakningsförsök med olika förhållanden. Vid dessa tester har modellen visat sig kunna beskriva utlakningen av kväve från åkermark med god precision. Tillförlitligheten i dessa tillämpningar, de kalibreringar som utförts och de parametervärden som bestämts utgör grunden för att kunna använda modellen för generella utlakningsberäkningar av den typ som gjorts i detta arbete. Som tidigare nämnts varierar kväveutlakningen kraftigt från år till år, huvudsakligen beroende på stor variation i avrinningen. Åtgärderna för att reducera kväveutlakningen riktar sig dock mot den påverkbara faktorn för utlakning: att reducera mängden utlakningsbart mineralkväve i marken. Att bestämma utlakningen för enskilda år och jämföra dessa för att utröna resultatet av förändrade odlingsåtgärders effekt på utlakningen kan därför bli starkt missvie. En normaliserad väderleks- och avrinningssituation är därför en bättre bas för en sådan bedömning. I detta arbete har vi därför valt att beräkna utlakningen utifrån en längre tidsperiod av väderdata som representerar ett normalklimat och utifrån detta beräkna årsmedelutlakningen eller, som vi har valt att kalla det, normalutlakning (i analogi med de av SCB för vart år beräknade normskördarna). Med hjälp av modellen har vi beräknat normalutlakningen för ett antal olika kombinationer av olika grödor, jordar, regioner (klimat) och gödslingsstrategier, d.v.s. en matris av olika typsituationer. Samma normalklimat har använts för 1995 och Beräknade värden för 1995 och 1999 representerar således utlakningen dessa år om dessa år hade varit normalår vad beträffar vädret. Vädereffekten är således bortfiltrerad vid jämförelsen mellan årtalen. Vad gäller skördenivåer och gödsling har också normalår antagits. Till skillnad från klimatet så ändras dessa normvärden från år till år beroende på förändringar i odlingen (brukningsmetoder, nya sorter, nya gödslingsstrategier etc.). För skördenivåer har de s.k. normskördarna (SCB) använts för 1995 och För gödslingen har statistik om gödselmedelsanvändningen (SCB) för respektive år använts. Vi har antagit att gödslingsdosering alltid sker för den förväntade skörden, normskörden, eller åtminstone att gödslingen inte anpassas efter det väder som komma skall följande odlingssäsong. Skillnaden i utlakningen mellan 1995 och 1999 för respektive typsituation (koefficient) antas alltså beskriva skillnaden i odlingen mellan dessa tidpunkter. Genom att kombinera normalutlakningen för de olika typsituationerna med geografisk och statistisk information om jordart och markanvändning kan bruttobelastningen av kväve från jordbruksmarken från ett område, t.ex. ett avrinningsområde, en region eller hela landet, beräknas. I detta arbete har vi beräknat bruttoutlakningen för hela Sverige uppdelat i 22 st regioner. Tillvägagångssättet som beskri- 8 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

9 vits ovan har sitt ursprung i ett Nordiskt projekt (Nordiska ministerrrådet: Regionalisation of erosion and nitrogen losses from agricultural land in Nordic countries, Rekolainen & Leek, 1996; Hoffmann & Johnsson, 1999) och har därefter vidareutvecklats och använts till den av Naturvårdsverket utförda utredningen Kväve från land till hav (Naturvårdsverket, 1997a,b; Johnsson & Hoffmann, 1997; Johnsson & Hoffmann, 1998; Hoffmann & Johnsson, 2000) för beräkning av kvävebelastningen från södra Sverige på Västerhavet och Östersjön Till nedan beskrivna beräkningar har vi ytterligare vidareutvecklat metoden bl.a. genom en finare indelning av regioner, utnyttjande av simuleringsverktyget SOILNDB (för att administrera SOIL-SOILN modellerna), simulering av växtföljder, utnyttjande av en ny jordartskarta m m. Resultaten i detta arbete är därför ej direkt jämförbart med resultaten i Kväve från land till hav. Metod Modellen SOILNDB SOILNDB (Johnsson et al., 2002) är ett datorprogram för att beräkna kväveutlakning från åkermark med begränsad tillgång till indata (Figur 1). Programmet är uppbyggt som ett skal runt en sedan tidigare utvecklad forskningsinriktad modell för kväveutlakning från åkermark (SOIL-SOILN, se nedan) och en parameterdatabas. Val av indata är länkade till procedurer för automatisk parameterisering av modellen utgående ifrån värdena i parameterdatabasen. Inga skillnader finns mellan SOIL och SOILN modellerna som används för SOILNDB och forskningsversionerna av modellerna. Med SOILNDB så kan det arbets- och tidskrävande momenten rörande parametersättning, modellkörning och resultatpresentation reduceras vilket möjliggör att förhållandevis effektivt utföra beräkningar för många olika odlingsituationer. Ett eller flera fält med flera års odling kan beräknas i en följd. Den indata som krävs för en beräkning är mindre detaljerad och mindre omfattande än vad som krävs för direkt användande av SOIL och SOILN. En databas innehållande parametervärden (för exempelvis markegenskaper) specifika för SOIL och SOILN modellerna är inkluderad i systemet. Dessa värden grundas på tidigare tester och tillämpningar av modellerna. Dessutom ingår beräkningsrutiner för att skatta vissa parametervärden. SOIL och SOILN modellerna är kopplade i serie i systemet, d.v.s. utdata från SOIL modellen utgör automatiskt indata till SOILN modellen. Presentation av simuleringsresultatet i summerad form är också inkluderat i systemet. Nedan ges en kort presentation av de olika delarna i systemet. Figur 1. Schematisk beskrivning av SOILNDB. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

10 SOIL-SOILN modellerna Under mitten av 80-talet utvecklades simuleringsmodellen SOILN (Johnsson et al., 1987) som beskriver kvävets dynamik och förluster i åkermark (Figur 2), vid SLU. Modellen kopplades till en tidigare utvecklad vatten- och värmemodell (SOIL; Jansson & Halldin, 1980; Jansson, 1991). Syftet med detta arbete var att öka förståelsen för hur de samtidiga fysikaliska och biologiska processerna i mark-växtsystemet påverkar förlusterna av kväve vid varierande väder, jordtyper, odlingssystem och odlingsåtgärder. För att göra modellen tillämpbar för olika lokaler förenklades modellens struktur och dess behov av indata till en nivå som skulle motsvara vad som normalt finns tillgängligt i fältförsök. Modellen beskriver kväveprocesserna i en markprofil och beräknar utlakning av kväve från rotzonen till dräneringsrör eller grundvatten. Modellen, vars typiska representativitet motsvarar ett någorlunda homogent jordbruksfält, är således speciellt lämplig för att undersöka betydelsen av olika odlingsåtgärders, klimats och jordtypers inverkan på rotzonsutlakning (d.v.s. det som försvinner från det mark-växtsystem som är påverkbart med olika odlingsåtgärder). Modellen har testats på ett flertal olika fältförsök. Den har också använts för att skatta utlakningen från fält där endast begränsad mängd indata finns och för simulering av olika tänkbara odlingsåtgärder för att begränsa utlakningen av kväve från åkermark. Testerna har visat att modellen kan beskriva mineralkvävets variation i marken och kväveutlakning för några olika jordar, odlingssystem och klimat i Sverige. Detta visar att modellen har en viss generalitet. Genom att testa modellen på olika datamaterial ökar vi vår kunskap om dess generalitet och vår kunskap att parameterisera den. Vi får också kunskap om modellens känsliga delar och hur vi kan förbättra den. Arbetet med att testa modellen pågår således kontinuerligt. Detta ger sedan möjligheter att med ökad precision tillämpa modellen på lokaler där endast en mycket begränsad mängd indata finns tillgängligt. I forskningsversionerna av SOIL-SOILN finns ofta en valmöjlighet av flera olika metoder att lösa samma delproblem (processer) i modellerna. De submodeller som är bäst utprövade i forskningsversionen (om flera finns för samma process) utnyttjas i SOILNDB. Figur 2. SOILN-modellens struktur. 10 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

11 Matrisen Utlakningsregioner Sveriges åkermark har delats upp i 22 st utlakningsregioner (Figur 3, Tabell 1). Till grund för denna indelning har legat arton stycken produktionsområden enligt SCBs indelning för redovisning av jordbruksstatistik (PO18-indelningen). Fyra av dessa produktionsområden har delats på två på grund av stora skillnader i avrinning inom dessa områden. En årsmedelavrinning för åkermarken i respektive region har skattats med hjälp av GIS (Kjell Olsson, SLU miljödata) utifrån digitala Sverigekartor av a) årsmedelavrinningen (SMHI, Ylva Wessman; Brandt et al., 1994; kartan redovisad i Sveriges Nationalatlas, 1995) extrapolerad för vissa kustområden, b) öppen mark (som huvudsakligen består av åkermark) från en bearbetad version av röda kartan (SLU miljödata; Lantmäteriverket), och c) utlakningsregionerna (Figur 3). Dessa årsmedelavrinningar har använts som målvärden för simulerad avrinning för respektive region varför de fortsättningsvis benämns målvärde eller målavrinning i texten nedan. Vid beräkning av vattenbalanserna har nederbörden korrigerats så att den simulerade rotzonsdräneringen (viktat medel för de olika jordarna och grödorna inom respektive region) ungefärligt överensstämt med målavrinningen för respektive region. Utlakningsregion Produktionsområde 1a Skåne- och Hallands slättbygd, Skånedelen 1b Skåne- och Hallands slättbygd, Hallandsdelen 2a Sydsvenska mellanbygden, Skånedelen 2b Sydsvenska mellanbygden, Blekinge- och Kalmardelen 3 Öland och Gotland 4 Östgötaslätten 5a Vänerslätten, södra delen 5b Vänerslätten, norra delen 6 Mälar- och Hjälmarbygden. 7a Sydsvenska höglandet, västra delen 7b Sydsvenska höglandet, östra delen 8 Östsvenska dalbygden 9 Västsvenska dalbygden 10 Södra Bergslagen 11 Västsvenska dalsjöområdet 12 Norra Bergslagen 13 Östra Dalarna och Gästrikland 14 Kustlandet i nedre Norrland 15 Kustlandet i övre Norrland 16 Nordsvenska mellanbygden 17 Jämtländska silurområdet 18 Fjäll- och moränområdet Figur 3. De tjugotvå utlakningsregionerna i Sverige. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

12 Tabell 1. Utlakningsregioner, produktionsområden, klimatstationer och målavrinning Produktionsområde (bas PO18) Utlakningsregion Produktionsområde (PO8) Utlakningsregion (bas PO8) Årsmedelavrinningmålvärde Ungefärlig årsmedelnederbörd, korrigerad Klimatstation Årsmedeltemperatur ( C) 1a 1b 2a 2b Skåne- och Hallands slättbygd, Skånedelen Skåne- och Hallands slättbygd, Hallandsdelen Sydsvenska mellanbygden, Skånedelen Sydsvenska mellanbygden, Blekinge- och Kalmardelen Gss Gss syd Barkåkra 8 Gss Gss väst Halmstad 8 Gmb Gmb syd Vomb (p) 8 Barkåkra Gmb Gmb ost Bredåkra 7 3 Öland och Gotland Gmb Gmb ost Hoburg 7 4 Östgötaslätten Gns Gns Malmslätt 6 5a Vänerslätten, södra delen Gns Gns Såtenäs 7 5b Vänerslätten, norra delen Ss Ss Karlstad 6 6 Mälar- och Hjälmarbygden. Ss Ss Stockholm 7 7a Sydsvenska höglandet, västra Gsk Gsk väst Torup 6 delen 7b Sydsvenska höglandet, östra Gsk Gsk ost Målilla 6 delen 8 Östsvenska dalbygden Gsk Gsk ost Västervik 7 9 Västsvenska dalbygden Gsk Gsk väst Säve 7 10 Södra Bergslagen Ssk Ssk Snavlunda 6 (tom 8308), Zinkgruvan 11 Västsvenska dalsjöområdet Ssk Ssk Arvika 6 12 Norra Bergslagen Ssk Ssk Ställdalen 4 13 Östra Dalarna och Ssk Ssk Gävle 6 Gästrikland 14 Kustlandet i nedre Norrland Nn Nn Sundsvall 3 15 Kustlandet i övre Norrland Ön Ön Luleå 2 16 Nordsvenska mellanbygden Nn Nn Malung 3 17 Jämtländska silurområdet Nn Nn Frösön 3 18 Fjäll- och moränområdet Ön Ön Sveg 2 Jordar 10 st jordar uppdelade enligt den internationella texturklassificeringen har beräknats: Sand y y silt y Dessa jordar är refererade till som standard soils i SOILNDB och skiljer sig huvudsakligen åt vad gäller de hydrauliska egenskaperna. Det maximala rotdjupet skiljer något mellan de olika jordarna. 12 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

13 Grödor 13 st grödklasser har beräknats: vårkorn vall (och -rybs) grönträda havre (och vete) (och -rybs) extensiv vall Samtliga grödor utom extensiv vall har beräknats som ingående i växtföljder (se nedan under beräkningsmetodik). Extensiv vall har beräknats separat som monokultur. Om någon av ovanstående grödor ej odlats eller dess areal varit mycket liten (<1%) i en utlakningsregion har beräkning ej utförts. Extensiv vall (även benämnd vänteläge tidigare) gödslas och skördas ej, varför samma värden gäller för både 1995 och Gödsling 2 st gödslingsformer har beräknats: enbart handelsgödsling stallgödsling med kompletteringsgiva av handelsgödsel I gödselmedelsundersökningarna finns fyra gödselklasser redovisade: ogödslad, handelsgödslad, enbart stallgödslad samt både stall- och handelsgödslad areal för respektive gröda. De två sistnämnda klasserna har i våra beräkningar slagits ihop till en, d.v.s. viktade medelgivor har räknats ut. Denna nya klass benämns nedan för stallgödslad med kompletteringsgiva av handelsgödsel. Separat beräkning av dessa två klasser har ej ansetts rimligt eftersom skördenivåerna för dessa antas vara alltför olika sinsemellan. Skörden redovisad i skördestatistiken representerar ett medelvärde för alla olika typer av gödslingsklasser (statistik om skördar relaterad till olika gödslingsklasser saknas). Medelgivorna för den sammanslagna klassen och för klassen med enbart handelsgödsling har dock antagits vara rimliga i förhållande till medelskördarna. För att all areal, även den ogödslade, skall täckas in av två gödslingsklasser (utnyttjade normskördar baseras ju, som tidigare nämnts, på skördevärden från all areal, även ogödslad) så har givorna för handelsgödselklassen och klassen för stallgödslsat med handelsgödslekomplettering räknats om (d.v.s. reducerats) för att ta hänsyn till den ogödslade arealen. Data och antaganden Marken Beräkningarna har utförts för jordar uppdelade i klasser enligt den internationella texturklassificeringen enligt FAO (Tabell 2). Dessa finns att välja som standardjordar i SOILNDB (Johnsson et al, 2002). En sammanfattande karakteristik av dessa ges i Tabell 1 och Figur 4, en mer detaljerad beskrivningen finns i Johnsson et al (2002) och Larsson et al (2002). I Appendix 1:1-1:14 redovisas samtliga parametersättningar. De hydrauliska egenskaperna för var och en av dessa jordar är skattade utifrån pedotransfer-funktioner (Rawls et al, 1982). Samma fysikaliska egenskaper är antagna för hela markprofilen (d.v.s. både matjord och alv) för respektive jordart. Beräkningarna har gjorts med antagandet av s.k. fri dränering av åkermarken vid 1.5 m djup. Vad som således räknats fram är dränering av allt vatten som lämnar rotzonen och kan sägas utgöra summan av det vatten som flödar ner till djupare grundvatten eller till eventuella dräneringsrör. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

14 Tabell 2. Markfysikalisk karakteristik för de använda jordarna. Texturklass Porositet (m 3 m -3 ) Vissningsgräns (pf 4.2) (m 3 m -3 ) Mättad hydraulisk konduktivitet a (cm min -1 ) Sand (21) Loamy (12) Sandy (12) Loam (12) Silt (12) Sandy (12) Clay (12) Silty (12) Silty (12) Clay (12) a Värden inom parantes är de antagna totala konduktiviteterna inklusive makroporer (Jansson, 1991). Figur 4. pf-kurvor för de använda jordarna. Halten organiskt material i marken har för samtliga jordar och regioner ansatts till medelvärdet för mineraljordar i Sverige (4.3%) enligt den riksprovtagning av svenska jordar som nyligen genomförs (Eriksson et al, 1997). Samma värde har antagits för 1995 och Utifrån halten organiskt material beräknas i SOILNDB (Johnsson et al, 2002) initialvärdet för mängden humuskväve och förnakväve i matjorden med antagandet om att mullens kolhalt är 58%, matjordens densitet 1.35, matjordsdjupet 25 cm och mullens C/N-kvot 10. I alven har antagits en mullhalt av 0.1%. Som kriterium för beräkningarna har antagits att i stort sett ingen förändring (<±1 kg N/ha/år) av mäng- 14 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

15 den organiskt kväve (d.v.s. mullhalten) skulle ske i medeltal för hela Sverige i simuleringarna. Detta antagande har vi gjort eftersom vi inte vet huruvida aktuell odling (såsom redovisat i statistiken för 1999 och 95) leder till en minskning, ökning eller oförändrad mullhalt. Som utgångspunkt har N-mineraliseringspotentialen för markens humusförråd satts till ett medelvärde av tidigare tester med modellen, d.v.s. N-mineraliseringspotentialen har varit lika stor för alla jordar och regioner. N-mineraliseringspotentialen har därefter justerats uppåt något (till 6.0*10-5 ) så att ovanstående kriterium om oförändrad mullhalt i medeltal kunnat uppfyllas. För enskilda regioner har vi dock accepterat förändringar av mullhalten. Min eraliseringshastigheten av humus-n har således styrts endast av klimatet (högre mineralisering vid högre temperatur och optimal fuktighet). Nedbrytningspotentialen för döda växtdelar ( litter ) och stallgödselns organiska del ( feces ) har satts lika för alla regioner och jordar, d.v.s. endast klimatet styr mineraliseringshastigheten. Jämfört med tidigare beräkningar (Johnsson & Hoffmann, 1997) har nedbrytningshastigheten för litter höjts (till 0.055) i enlighet med vad som indikerats i undersökningar gjorda på senare tid. Därmed så omsätts den största delen av tillfört växtmaterial inom ett år. Observera att en högre primärproduktion ger större förna produktion som ger en större nedbrytning och därmed en större N-mineralisering från förnapoolen. Alltså: högre produktion (intensitet) ger större mineral-n bildning i marken. För feces har en större andel antagits humifieras (humifieringsfraktionen höjts till 0.6) jämfört med tidigare beräkningar. Resultatet av parametersättningen är att en större andel (ca ¾) av organiska delen av stallgödslen humifieras och resten mineraliseras, inom ca 2 år. Rotdjup har varierat med jordart och gröda (Appendix 1:2, 1:7). Högre lerhalt har antagits ge djupare rötter. Vall har antagits ha djupare rötter än övriga grödor. Dessutom har höstsådd gröda och antagits ha djupare rötter än vårsådd gröda. Klimatdata Som drivdata till SOILNDB, har dagliga värden på nederbörd, lufttemperatur, vindhastighet, humiditet och solinstrålning alt. molnighet använts från 1 klimatstation (SMHI) i varje region (Tabell 1). Varje klimatstation har ansetts rimligt väl representera klimatet i respektive region. Valet av dessa stationer har utförts av SMHI (Hans Alexandersson & Krister Boqvist, SMHI). För beräkningarna har data från tjugoårsperioden till använts. Tjugo år har ansetts vara en tillräckligt lång tidsperiod för att representera ett normalväder. Som tidigare nämnts har nederbörden korrigerats vid beräkning av vattenbalanserna så att den simulerade rotzonsdräneringen (medel för dräneringen från de olika jordarna och grödorna inom respektive region) ungefärligt överensstämt med målavrinningen för respektive klimatregion (den simulerade medelavrinningen för en region har tillåtits avvika högst 5 mm). Variationen i nederbörd inom eller mellan åren har således inte förändrats utan nederbörden har ökats procentuellt i förhållande till den uppmätta nederbörden för varje dag. Nederbörden har korrigerats uppåt för de flesta klimatstationer, vilket är normalt för att kompensera för vindförluster och avdunstning etc. vid nederbördsmätningen. Hur mycket nederbörden korrigerats framgår i Appendix 1:15. Gödsling, N-fixering och deposition För att bestämma gödselgivornas storlek 1995 och 1999 för olika grödor och produktionsområden har gödselmedelsundersökningarna för 1994/95 respektive 1998/99 från SCB utnyttjats (SCB, 1996a och SCB, 2000a). I dessa undersökningar, som grundar sig på intervjuer av lantbrukare om gödselslag, givornas storlek m.m., redovisas medelgödselgivor uppdelat på olika grödor och produktionsområden. Redovisningen är för respektive gröda och region indelad i tre olika typer av gödslad areal: enbart handelsgödslad, enbart stallgödslad och både stallgödslad och handelsgödslad. Dessutom redovisas arealen som ej är gödslad. I den ordinarie redovisningen av gödselmedelsundersökningen redovisas endast data med regionsindelningen PO8, d.v.s. landet uppdelat i 8 produktionsområden. Separat bearbetning har för detta projekt utförts av SCB (Sven Strömberg, SCB) för redovisning av medelvärden uppdelat på PO18, d.v.s. landet uppdelat i 18 produktionsområden. I de fall data har saknats i någon PO18-region har medelvärden från motsvarande region i PO8-indelningen utnyttjats. Har data även saknats där (något enstaka fall) har medelvärden för näraliggande PO8-region eller hela riket utnyttjats. Har antingen gödslingsdata eller skördedata saknats för en region har data för både skörd och gödsling valts från nivån över. För 1995 fanns inte alla gödslingsklasser med för de enskilda grödorna på PO8-nivån. För vårkorn och havre Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

16 användes då givorna för vårspannmål samt ett viktat medel för skördarna. På vilken nivå data hämtats redovisas i Appendix 2: För gödslingsformen handelsgödsling har medelvärden för givorna av växttillgängligt kväve från enbart handelsgödslad areal utnyttjats. För att all areal skall täckas in av två gödslingsformer (enbart handelsgödslat och stallgödslat med kompletterande handelsgödselgiva enligt vad som redogjorts för ovan) så har givorna för enbart handelsgödslad areal räknats om för att ta hänsyn till den ogödslade arealen enligt följande: Beräkning av kvävegiva för handelsgödsling, N hg (kg N/ha) N hg =X 2 *(a 2 +a 3 +a 4 )/(a 1 +a 2 +a 3 +a 4 ) (ekv 1) X 2 är givan av växttillgängligt kväve för areal som enbart erhöll handelsgödsel a 1 är arealen som är helt ogödslad a 2 är arealen som är enbart handelsgödslad a 3 är arealen som är enbart stallgödslad a 4 är arealen som är både stallgödslad och handelsgödslad För vårstråsäd, våroljeväxter, och har handelsgödslet tillförts som engångsgiva i samband med sådden (dagen före). För höstsådd gröda och för vall har handelsgödslet tillförts som engångsgiva på våren i samband med upptagsperiodens början (dagen före). Inget handelsgödsel har tillförts på hösten. De använda kvävegivorna för gödslingsformen handelsgödsling redovisas i Appendix 2:3-2:4 och tidpunkterna för sådd och växtsäsongens start som styrt tidpunkten för handelsgödselgivorna redovisas i Appendix 2:16 och 2:17. För gödslingsformen stallgödsling kompletterat med handelsgödsel har medelgivorna av växttillgängligt kväve (uppdelat på handelsgödsel- och ammoniumkväve i förekommande fall) och totalkväve i stallgödsel för areal som enbart stallgödslats och både stallgödslats och handelsgödslats utnyttjats. Det växtillgängliga kvävet som redovisas i gödselmedelsundersökningen är den mängd mineralkväve som netto tillförs marken efter gasförluster vid spridning etc. medan totalkvävet i tillförd stallgödsel är summan av organiskt och växtillgängligt kväve i stallgödseln. Givorna för arealen som enbart stallgödslas och den som både stallgödslas och handelsgödslas har viktats ihop. C/N-kvoten har satts till 20 för det organiska kvävet i stallgödseln. För att all areal skall täckas in av de två gödslingsformerna (enbart handelsgödslat och stallgödslat med kompletterande handelsgödselgiva enligt vad som redogjorts för ovan) så har givorna räknats om för att ta hänsyn till den ogödslade arealen. Givorna har räknats ut enligt följande: 16 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

17 Beräkning av kvävegivor för stallgödsling med kompletterande handelsgödsling Ammonium-N (efter gasförluster) i stallgödselgivan, N NH4 (kg N/ha) N NH4 =(a 3 *X 3 +a 4 *X 4stg )/(a 3 +a 4 )*(a 2 +a 3 +a 4 )/(a 1 +a 2 +a 3 +a 4 ) (ekv 2a) Organiskt kväve i stallgödsel, N org (kg N/ha) N org =(a 3 *(X 3 T 3 )+a 4 *(X 4stg T 4 ))/(a 3 +a 4 )*(a 2 +a 3 +a 4 )/(a 1 +a 2 +a 3 +a 4 ) (ekv 2b) Kompletteringsgiva med handelsgödsel, N hgkmp (kg N/ha) N hgkmp =(a 4 *X 4hg )/(a 3 +a 4 )*(a 2 +a 3 +a 4 )/(a 1 +a 2 +a 3 +a 4 ) (ekv 2c) X 3 är givan av växttillgängligt kväve för areal som enbart erhöll stallgödsel X 4stg är givan av växttillgängligt stallgödselkväve för areal som erhöll både stallgödsel och handelsgödsel X 4hg är givan av växttillgängligt handelsgödselkväve för areal som erhöll både stallgödsel och handelsgödsel T 3 är totala stallgödselgivan för arealen som är enbart stallgödslad T 4 är totala stallgödselgivan för arealen som är både stallgödslad och handelsgödslad a 1 är arealen som är helt ogödslad a 2 är arealen som är enbart handelsgödslad a 3 är arealen som är enbart stallgödslad är arealen som är både stallgödslad och handelsgödslad a 4 För att bestämma tidpunkterna för stallgödselspridning 1995 och 1999 för olika grödor och produktionsområden har gödselmedelsundersökningarna för 1994/95 respektive 1998/99 (SCB, 1996a och SCB, 2000a) utnyttjats (se ovan). På samma sätt som för givornas storlek har sammanställning av data för PO18 utförts av SCB (se ovan). I dessa undersökningar, har tidpunkten för spridning angetts som andel areal där spridning skedde höst eller vår. Vi har i beräkningarna för varje typsituation låtit spridning ske både vår och höst och delat upp stallgödselgivan så att andelen som ges på hösten blir enligt andelen höstspridning och andelen på våren enligt andelen vårspridning, se Appendix 2:11-2:12 och Figur 5. Stallgödselgivan har på hösten inför höstsådd gröda tillförts i samband med sådden (2 dagar före). Inför vårsådd gröda och för vall har spridningstidpunkten på hösten skattas utifrån fördelningen av höstgivan mellan tidig höst och sen höst (Appendix 2:13-2:14) som redovisats i gödselmedelsundersökningen (SCB 1996a; tabell 5.3 SCB 2000a). Vårspridningen av stallgödseln har skett i samband med sådd (2 dagar före) inför vårsådd gröda och eller vid växtperiodens början för höstsådd gröda och vall. Den kompletterande handelsgödselgivan har getts på våren i samband med sådd (vårsådd gröda) eller växtperiodens början (höstsådd gröda och vall). Kvävegivorna, fördelningen mellan höst- och vårspridning och tidpunkter för spridning för gödslingsformen stallgödsling med kompletterande handelsgödsling redovisas i Appendix 2:3-2:14. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

18 Figur 5. Genomsnittlig andel av total mängd stallgödsel som tillförts på hösten för olika grödor, 1995 och Kvävefixeringen i vallar med baljväxtinblandning har skattats med utgångspunkt från beräknade kvävefixeringsvärden redovisade för fleråriga grödor i SCBs beräkningar av växtnäringsbalanser för jordbrukssektorn 1997 (SCB, 1999b; Solveig Danell, SCB). Samma värden har antagits för 1995 och Värdena för kvävefixering redovisas i Appendix 2:1. Värdena för atmosfärisk deposition är är baserade på Källor till kväveutsläpp (Naturvårdsverket, 1997b). Depositionen har antagits vara densamma för 1995 och Parametervärdena för deposition använda i beräkningarna redovisas i Appendix 2:2. Den totala depositionen (Figur 6), d.v.s. summan av våt och torr deposition, beräknas av modellen utifrån depositionsparametrarna och nederbörden. Figur 6. Total deposition (årsmedel) för de olika regionerna. Samma värde gäller för både 1995 och Tidpunkter för jordbearbetning, sådd och skörd Statistik om jordbearbetningstidpunkter saknas i stor utsträckning varför dessa har antagits utifrån diskussioner med rådgivare m.fl. Jordbearbetning har inför vårsådd gröda utförts på hösten vid olika tidpunkter beroende av region, d.v.s. i relation till odlingssäsongens längd. Jordbearbetning inför höstsådd gröda har utförts 1 vecka före sådd eller i vissa fall något kortare tid före sådd om tiden mellan skörd och sådd varit kort. Jordbearbetning av träda har inför vårsådd gröda har skett på hösten när reglerna för trädesbidrag tillåter nedbrukning. Inför höstsådd har trädan nedbrukats i juli månad. Tidpunkterna för jordbearbetning finns redovisade i Appendix 2:15. Tidpunkter för sådd och skörd är baserade på värden för tidigare beräkningar (Johnsson & Hoffman, 1997) vilka var uppskattade från Jordbruksstatistisk årsbok (SCB, 1991). Generellt blir sådden senare ju längre norrut man kommer men skörden blir också senare varför antalet dagar mellan sådd och skörd inte skiljer sig mycket åt. Grödans upptag av kväve har startat ca 14 dagar efter sådd (Johnsson et al 2002). 18 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

19 För vall utfördes sådden som insådd i grödan året före första året med vall. Tidpunkter för sådd och skörd är redovisade i Appendix 2:16. Jordbearbetningstidpunkten för har antagits vara upptagningen av en, d.v.s. den verkliga skördedagen. Skördetidpunkten har istället ansatts som blastdödningstidpunkten, 2-3 veckor före upptagningen av en, eftersom ens växtperiod slutar då. Tidpunkter för start av tillväxt på våren för höstsådd gröda och vall sattes till växtsäsongens startdatum. Tidpunkten för slut av valltillväxt sattes till växtsäsongens slut. Växtsäsongens längd bestämdes genom att för var och en av regionerna skatta den ungefärliga period då medeltemperaturen är stadigvarande över 4 C utifrån beräknade medelår. Medelåren baserades på de meteorologiska tidserier som används för de olika regionerna. Tidpunkter för växtsäsongens längd är redovisade i Appendix 2:17. Typ av gröda och dess utveckling under säsongen påverkar även avdunstningen. Parametervärden använda i SOILNDB för olika grödors avdunstningsegenskaper finns redovisade i Appendix 1:3-1:4. Skörd För skattningen av skördar har efter samråd med SCB normskördarna för 1995 och 1999 utnyttjats. I den ordinarie redovisningen av normskördarna (SCB, 1995 och SCB, 1999b) redovisas endast data med regionsindelningen PO8, d.v.s. landet uppdelat i 8 produktionsområden. Separat bearbetning har för detta projekt utförts av SCB (Rolf Selander & Olle Funcke, SCB) för redovisning av medelvärden uppdelat på PO18, d.v.s. landet uppdelat i 18 produktionsområden. I de fall data har saknats i någon PO18-region har medelvärden från motsvarande region i PO8-indelningen utnyttjats. Har data även saknats där (något enstaka fall) har medelvärden för näraliggande PO8-region eller hela riket utnyttjats. Har antingen gödslingsdata eller skördedata saknats för en region har data för både skörd och gödsling valts från nivån över. På vilken nivå data hämtats redovisats i Appendix 2: SCB korrigerade metoden för normskördeberäkning 1997 (basen för normskördeberäkningen förkortades från 25 till 15 år), varför SCB räknat ut nya normskördar för 1995 med nuvarande metod som använts för Normskördarna redovisas i Appendix 2:18-2:19. Från SCB har också erhållits statistik för mängd tillvaratagen halm i samband med skörd 1997 (baserade på uppgifter insamlade i samband med gödselmedelundersökningen; Solveig Danell & Sven Strömberg, SCB) uppdelat på PO18-nivån. Statistiken redovisas som andel areal av varje gröda där halmen skördats. Dessa data har utnyttjats för både 1995 och 1999 för att för varje gröda ansätta andelen utfall (år) där halmen skördas. Värdena redovisas i Appendix 2:24. Om uppgift har saknats för någon gröda så har medel för regionen nyttjats. Utifrån en angiven målskörd beräknas målvärden för den totala kväveskörden med och utan halmskörd, och växtens totala kväveupptag i SOILNDB (se Johnsson et al., 2002). De parametervärden i SOILNDB som användes för dessa beräkningar i redovisas i Appendix 1:6. Som målskörd för enskilda år ( maxmålskörd ) har antagits normskörden uppjusterad 10% för att ta hänsyn till att skörden ett enskilt år kan överstiga normskörden. Den simulerade kväveskörden har därmed tillåtits variera så att skörden vissa år överstigit normskörden ( medelmålskörden ) och andra år understigit den. Kriteriet för beräkningarna har dock varit att den simulerade kväveskörden i medeltal för enskilda regioner och grödor, förutom vall och träda, ej i huvudsak skulle variera mer än ±5% och i medeltal för hela landet och samtliga grödor exklusive vall och träda skulle överenstämma eller endast marginellt avvika (<±1%) med medelmålskörden (d.v.s. kväveskörden enligt normskördarna). Kvoterna för olika grödor och regioner redovisas i Appendix 3:1-3:2 och simulerade medelkväveskördar i Appendix 3:3-3:4. Samma målvärde för skördarna användes för båda gödslingsformerna. Kväveupptag på hösten har för samtliga regioner satts ett maxupptag på 10 kg N/ha för, 15 för och och 30 för. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

20 Beräkningsmetodik Utlakningskoefficienter Samtliga beräkningar har utförts med hjälp av simuleringsverktyget SOILNDB (Johnsson et al., 2002). Växtsekvenser (växtföljder) med en längd av år har skapats för varje region. Följden av grödor i dessa har slumpats med hjälp av en för ändamålet skapad växtföljdsgenerator. Sannolikheten för förekomst av olika grödor i växtsekvensen har viktats i proportion till deras areella förekomst (Tabell 3). Det vill säga, om en gröda exempelvis odlats på 10% av den totala arealen av simulerade grödor i en region så har den också förekommit under 10% av åren i växtsekvensen. SCBs arealstatistik baserad på lantbruksregistret för 1995 (SCB, 1996b) och 1999 (SCB, 2000b) sammanställd för PO18 av SCB (Rolf Selander, SCB) har utnyttjats för skapa växtsekvensen för 1995 respektive Slumpningen har utförts så att vissa kombinationer av grödor ej tillåtits förekomma (Tabell 4). Dessa begränsningar har motiverats av att dessa grödkombinationer ej är möjliga eller att de aldrig förekommer. Vallen har slumpats så att den alltid förekommit tre år i följd vid utfall. Arealerna för de olika grödorna i de olika regionerna redovisas i Appendix 2:20-2:21. Sannolikheten för tillförsel av handelsgödsling eller stallgödsling med kompletterande handelsgödsling har för varje gröda viktats i proportion till dess areella förekomst. Det vill säga om exempelvis 70% av arealen av en viss gröda tillförts enbart handelsgödsel så har också den grödan fått enbart handelsgödsel 70% av de år den förekommit i växtsekvensen. Gödslingsformernas andel av den totala arealen för varje gröda redovisas i Appendix 2:22-2:23 och i Figur 7. Sannolikheten för att halmen skördas har för varje gröda viktats i proportion till dess areella förekomst. Det vill säga om exempelvis halmen skördas på 40% av arealen för en viss gröda så skördas halmen 40% av de år den förekommit i växtsekvensen. Andelen areal där halmen skördas redovisas i Appendix 2:24. Tabell 3. Andelen areal (%) av den totala arealen (1000-tal ha) beräknade grödor, 1995 och 1999 region vårkorn vall träda havre totalareal (kha) a b a b a b a b riket Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

21 Figur 7. Andelen stallgödslad areal (medelvärde för grödorna) i de olika regionerna 1995 och Tabell 4. Icke tillåtna grödkombinationer i växtsekvenserna (svarta fält) vårkorn vall träda havre förfrukt vårkorn vall träda havre Den åriga växtsekvensen har delats upp i 500 stycken 20-års tidserier som var och en beräknats med den 20-åriga meteorologiska tidsserien som valts för var och en av regionerna. Varje beräknad 20-års tidsserie (20 kalenderår) ger möjlighet att redovisa utlakningen från 19 stycken agrohydrologiska år (1 juli 30 juni följande år). Varje växtsekvens har simulerats för alla kombinationer av jordart och region, d.v.s. totalt har 220 st simuleringar med år vardera utförts. Dock har endast de i varje region dominerande jordarterna (>1%) utnyttjats i den totala TRK-beräkningen (för retentions och belastningsberäkning), dvs totalt 111 kombinationer av jordart och region. För varje kombination av jordart och region har således utlakningen beräknats för totalt 9500 agrohydrologiska år. Utifrån dessa 9500 utlakningsvärden för enskilda år har medelvärden för utlakningen (inkl. koncentrationen och avrinningen) för olika grödor beräknats för varje kombination av jordart och region. Dessa utlakningsvärden har använts vid beräkningen av medelutlakningen för de olika regionerna (se nedan). Dessutom har medelvärden beräknats för kombinationer av olika gödslingsformer och för olika kombinationer av grödor och gödsling. Extensiv vall har ej ingått i växtsekvenserna enligt ovan utan har för alla kombinationer av jordart och region beräknats separat som monokultur för en 20-årsperiod för vilken årsmedelvärden beräknats. För smågrödor har utlakningen beräknats såsom ett medelvärde av alla grödor exklusive vall och träda. Hur de olika koefficienterna beräknats och vilken tillgänglig gröd- och gödslingsstatistik som använts redovisas i Appendix 2:25-2:28. Som tidigare beskrivits så har medelavrinningen för åkermarken i varje region använts som målvärde för den simulerade avrinningen. Den simulerade avrinningen för en region har beräknats genom att beräkna ett viktat medelvärde utifrån medelavrinningen för de olika jordarterna i proportion till deras förekomst i varje region. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

22 Medelutlakning och bruttobelastning Uträkning av medelutlakning för åkermarken har utförts för varje utlakningsregion. Denna medelutlakning har sedan använts för att beräkna bruttobelastning. För medelutlaknings- och belastningsberäkningar har statistik om grödarealer och totala åkerarealer i olika produktionsområden baserade på lantbruksregistret utnyttjats (R. Selander, SCB; SCB, 1996b och SCB, 2000b.). För att få fram åkerarealen i de utlakningsregioner som består av delade produktionsområden har fördelningen av öppen mark mellan de båda delarna av produktionsområdet utnyttjats (såsom också utnyttjats vid bestämning av målavrinningar: se ovan). Relationerna mellan åkermarksarealerna och mellan arealerna av varje enskild gröda i de två delarna av produktionsområdet har antagits vara den samma som relationen mellan den erhållna arealen öppen mark. Medelutlakningen för respektive region har beräknats som ett viktat medelvärde utgående ifrån utlakningskoefficienterna för de olika kombinationerna av grödor och jordart i respektive region. Viktning har skett med avseende på arealerna för de olika grödorna och för de olika jordarterna i respektive region. Jordartsfördelningen (Tabell 5) har skattats med hjälp av GIS (Kjell Olssson, SLU miljödata) utifrån digital karta över jordarter på Sveriges åkermark (Eriksson et al., 1999), öppen mark (som huvudsakligen består av åkermark) ifrån en bearbetad version av röda kartan (SLU miljödata; Lantmäteriverket), och utlakningsregionerna (Figur 3). Däremot har ingen kunskap om hur stor del av en gröda som odlas på en viss jordart funnits tillgänglig, varför det har antagits att grödfördelningen för varje jordart är lika som grödfördelningen för hela regionens åkerareal. Medelutlakningen för hela riket har beräknats som viktat medelvärde i relation till regionernas åkerareal. Summan av arealen av de beräknade grödgrupperna understiger regionens totala åkerareal eftersom grödor med liten areal ej beräknats (se ovan). För att medelutlakningen skall antas gälla för all åkermark antas att utlakningen från den övriga åkerarealen i medeltal är lika med den framräknade medelutlakningen. Det bör påpekas att utlakningskoefficienter beräknats för alla de areellt betydande grödorna i respektive region och att den sammanlagda arealen av dessa utgör över 90% av åkerarealen. För att få fram den antropogena utlakningen har medelutlakningen för extensiv vall, som här har betraktats som en form av bakgrundsbelastning, subtraherats från medelutlakningen för grödklasserna. Tabell 5. Fördelningen (%) av jordarter i de olika regionerna samt andelen åkerareal (öppen mark) som täckts av någon jordartsklass på jordartskartan Utlakningsregion y y silt y 1a b a b a b a b Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

23 För att få fram bruttobelastningen av kväve från åkermarken i varje region har medelutlakningen för varje region multiplicerats med totala åkerarealen i regionen. Bruttobelastningarna från regionerna har sedan summerats för att få fram en totalbelastning för landet. Den antropogena belastningen har beräknats genom att subtrahera den belastning av kväve som erhålls om hela åkerarealen vore extensiv vall (medelutlakningen för extensiv vall multiplicerad med åkerarealen). Resultat och diskussion Utlakningskoefficienter Utlakningens storlek påverkas i beräkningarna av ett flertal faktorer bl.a. avrinning, jordart och grödtyp. Grödtyp varierar med avseende på förekomst, skörd och växtodlingsåtgärder såsom gödsling och jordbearbetningstidpunkt. Nedan redovisas översiktligt påverkan för de olika vektorer som legat till grund för den grundmatris som använts vid belastningsberäkningarna för HELCOM/PLC4. Denna indelning var: region, gröda, och jordart. Dessutom beskrivs påverkan av gödslingsform. I Appendix 3:5-3:92 redovisas samtliga utlakningskoefficienter, koncentrationer, avrinningar och konfidensintervall för utlakningskoefficienter. Osäkerheten i beräknade värden beror dels på osäkerheten i beräkningen av medelvärden, dels i osäkerhet i indatan och dels i osäkerhet i parametervärdena (konstanter) i modellen. Vad gäller medelvärdesberäkningen har osäkerheten beskrivits genom att beräkna konfidensintervall runt medelvärdena. Konfidensintervallen (95%) för koefficienterna i grundmatrisen låg i de allra flesta fall under ±10% och normalt på 2-5% för de större grödorna. Gödslings- och skördenivåer är de indata som i första hand påverkar osäkerheten i beräkningarna. Om både gödsling och skörd skulle antas vara fel åt samma håll (exv. kväveskörd och gödsling överskattad med t.ex. 5%) så skulle den beräknade utlakningen ej påverkas så starkt. Om däremot en av dessa indata är fel eller i värsta fall båda är fel men en överskattad och den andra underskattad så påverkas den beräknade utlakningen betydligt. Om exempelvis kväveskörden överskattats med 5% och gödslingen underskattas med 5% så skulle den beräknade utlakningen vara underskattad med som mest uppemot 10%. Även de antagna jordbearbetningstidpunkterna inför vårsådd gröda och vallbrott påverkar osäkerheten i beräkningarna. Regioner och gödslingsformer Regionen påverkar beräkningarna på flera sätt; den statistikbaserade indatan varierar för varje gröda, klimatet är olika mellan regionerna och dessutom varierar kvävedepositionen mellan områdena. Klimatet påverkar vegetationsperiodens längd och styr dessutom hastigheten på de biologiska processerna i marken och därmed mineraliseringen av organiskt kväve. Nedan presenteras några exempel på regionens inflytande på utlakningen för beräkningen för Klimatet påverkar också avrinningen som kraftigt påverkar mängden av utlakat kväve. För vårkorn på y varierade utlakningen från ca 30 kg N/ha i Norrlands kustland till närmare 70 kg N/ha i Västsveriges kustregioner (Figur 8). Den höga avrinningen i Västsvenska dalbygden påverkar dock utlakningen kraftigt, koncentrationen var i denna region ej bland dom högre. Koncentrationerna för vårkorn på y varierade mellan som lägst 7-8 mg N/l i Norrlands kustland till mg N/l i sydöstra Sverige. De förhållandevis låga koncentrationerna och utlakningsnivåerna (trots relativt höga avrinningar) i Norrland berodde till viss mån på begränsad produktionsnivå och mineraliseringshastighet men framför allt på den höga förekomsten av insådd vall i vårkornet vilket reducerar utlakningen väsentligt (se nedan). Höga koncentrationer och utlakningsnivåer i framför allt Sydvästsveriges jordbruksområden berodde på det omvända, till viss mån på högre produktionsnivå och mineraliseringshastighet men framförallt på en liten andel insådd vall. Den beräknade mineraliseringen (Figur 11) var t.ex. närmare 135 kg N/ha/år för y i Skånes slättbygder medan den var drygt 95 kg N/ha/år i Norrlands kustland. Denna skillnad beror dels på klimatskillnaden och dels på skillnaden i produktionsnivå mellan regionerna. Skillnaden i utlakning mellan gödslingsformerna handelsgödsling och stallgödsling med handelsgödselkomplettering varierade mellan som mest knappt 10 kg N/ha till ett par kg N/ha för vårkorn på y (Figur 8). Orsaken till denna skillnad var dels de högre totalgivorna av mineralkväve som grödorna Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

24 med stallgödsling erhöll och dels effekten av tillskottet av organiskt kväve i stallgödslingsgivan. Detta kväve mineraliseras delvis och detta sker delvis under sensäsongen, d.v.s. när grödan inte längre kan utnyttja detta kväve, och ökar mängden utlakningsbart kväve. Skillnaden i koncentrationer var som störst på Sydsvenska höglandet där också skillnaden mellan totalgivan av mineralkväve var som störst mellan de två gödslingsformerna. För på y varierade utlakningen från ca 25 kg N/ha i östra Götaland till ca 50 kg N/ha i sydvästra Götaland (Figur 9). Kvävekoncentrationerna var däremot relativt sett högre i östra delarna av landet. Kvävekoncentrationerna varierade mellan drygt 5 mg N/l på Sydsvenska höglandets östra del till uppåt mg N/l på Öland och Gotland. I de norra regionerna av Sverige odlades inget eller endast mycket små arealer av. Skillnaden i utlakning mellan gödslingsformerna handelsgödsling och stallgödsling med handelsgödselkomplettering varierade mellan som mest knappt 15 kg N/ha till ca 5 kg N/ha för på y (Figur 9). Orsaken till de relativt sett större skillnaderna mellan de två gödslingsformerna för jämfört med vårkorn var att differensen mellan totalgivorna av mineralkväve för de två gödslingformerna var större. En orsak till det är att en större del av stallgödselgivan till gavs på hösten jämfört med vårkorn. I en del regioner var den kompletterande handelsgödselgivan nästan lika stor som handelsgödselgivan var när stallgödsling inte förekom (Figur 5 och Appendix 2:12). För vall på y varierade utlakningen från ca 5 kg N/ha i östra Svealand till uppåt 20 kg N/ha i sydvästra Götaland (Figur 10). Kvävekoncentrationerna var omkring 4 mg N/l i Sydsverige och något lägre i mellersta och norra Sverige. I utlakningskoefficienterna för vall ingår både år där vall följs av vall och år med vallbrott. Skillnaden i utlakning mellan dessa två var mycket stor. Skillnaden i utlakning mellan gödslingsformerna handelsgödsling och stallgödsling med handelsgödselkomplettering var ca 2-3 kg N/ha för vall på y (Figur 10). Skillnaden mellan totala mängden mineralkväve för de två gödslingsformerna var stor men det kunde kompenseras genom högre skörd och därför blev inte utlakningsskillanden mellan de två gödslingsformerna så stor. 24 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

25 Figur 8. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), koncentration, avrinning (medelvärde för gödslingsformerna), kväveskörd och gödsling för olika regioner och gödslingsformer för vårkorn på jordarten y, Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

26 Figur 9. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), koncentration, avrinning (medelvärde för gödslingsformerna), kväveskörd och gödsling för olika regioner och gödslingsformer för på jordarten y, Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

27 Figur 10. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), koncentration, avrinning (medelvärde för gödslingsformerna), kväveskörd och gödsling för vall på jordarten y, Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

28 Figur 11. Mineraliseringen och förändringen av organiskt kväve i marken för jordarten y för olika regioner. Medelvärde för samtliga förekommande grödor, Grödor Växtsäsongens längd är av stor betydelse vid jämförelsen av utlakning mellan grödor. Vallen, som i simuleringarna var treårig, växer och tar upp mineralkväve under hela växtsäsongen vilket leder till låga mineralkvävenivåer i marken och därmed låg utlakning (Figur 12). Vid vallbrott ökar dock utlakningen men trots detta var medelutlakningen från vall mycket låg. Även har en förhållandevis lång växtsäsong med sen skörd med relativ låga utlakningsnivåer som följd. Potatis däremot skördades däremot tidigare och lämnade dessutom efter sig förhållandevis kväverika skörderester vilket ledde till dom högsta utlakningsnivåerna. Utlakningen från spannmål och oljeväxter låg på utlakningsnivåer mellan och och varierade sinsemellan mellan regionerna. Orsaken till de förhållandevis låga utlakningsnivåerna hos inom gruppen spannmål var hög kväveutnyttandjegrad i beräkningarna i kombination med relativt sett något längre säsong än exempelvis vårkorn. Hög kompensationsgödsling för stallgödslat vete ledde dock till betydligt högre utlakningsnivåer för stallgödslat vete jämfört med handelsgödslat. Det bör dock påpekas att skillnaderna mellan grödor inom spannmålsgruppen är osäkra. Skillnaderna beror till stor utsträckning på skillnader i kväveutnyttjandegrad vilken i sin tur är beroende av flera antaganden om växternas kväveupptagningsförmåga t.ex. kvävehalter i både kärna och växtrester. 28 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

29 Figur 12. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), koncentration, avrinning (medelvärde för gödslingsformerna), kväveskörd och gödsling för olika grödor och gödslingsformer i region 1a på jordarten y, Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

30 Jordar Utlakningen varierade betydligt mellan de olika jordarterna, med generellt sett, en minskande utlakning med stigande lerhalt. (Figur 13). För till exempel vårkorn i område 1a var utlakningen från, som hade lägst utlakning, ca ¼ av utlakningen från, jordarten med högst beräknad utlakning. Denna skillnad varierade dock, i t.ex. område 7a var utlakningen ca hälften från jämfört med från. Figur 13. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), koncentration, och avrinning för olika jordarter för vårkorn, och vall i region 1a (medelvärden för gödslingsformerna), Gröd- och gödslingskombinationer Efterföljande gröda hade stor betydelse för utlakningen för enskilda grödor (Figur 14). Dessutom påverkade även efterföljande gödslingsform utlakningen. Utlakningen för vårkorn (och även andra spannmål) följt av vall är betydligt lägre än då den följs av övriga grödor vilket beror på att vårkorn har följs direkt av den insådda vallen på hösten. Den insådda vallens kväveupptag reducerar väsentligt mängden utlakningsbart kväve under hösten-vintern efter korngrödan. Den högre utlakningen för grödor följt av en höstsådd förklaras av den betydande stallgödslingen på hösten för höstsådd gröda (Figur 5). Mineralkvävet i stallgödseln som tillförs på hösten är ju exponerat hela vintern för utlakning. Jordbearbetningen sker tidigare till höstsådd gröda och detta bidrar också en förhöjd utlakning. En svag utlakningssänkande effekt antyds rapsen som efterföljande gröda ha på vårkornets utlakning om den handelsgödslas. Den effekt försvinner dock helt om rapsen stallgödslas. Utlakningen för vall är förstås mycket låg om den följs av vall men den är även förhållandevis låg då den följs av korn eftersom vallen då antas brytas först sent på hösten vid växtsäsongens slut. Detta leder till låga mineralkvävemängder i marken på hösten-vintern och liten utlakningspotential. Om däremot vallen har följts av höstsådd gröda så är utlakningen hög beroende på tidigt vallbrott inför sådden. Detta har inneburit betydande mineralisering under sensommaren-hösten med åtföljande förhöjd utlakningsrisk. Grönträdan uppvisar liknande mönster som vallen. De antagna brytningstidpunkterna för grönträdan (Appendix 2:15) är ju här avgörande. 30 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

31 Figur 14. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), för vårkorn, vall och på y med olika kombinationer av gödslingsformer och efterföljande grödor för region 1a. (stg=stallgödslad med kompletterande handelsgödsling, hdg=handelsgödslad). Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

32 Jämförelse 1995 och 1999 Skillnaderna för enskilda utlakningskoefficienter mellan 1995 och 1999 var mycket små och oftast inom felmarginalen (Figur 15, Figur 16, Figur 17). För vårkorn (Figur 15) ökade skördarna något för flertalet regioner samtidigt som gödslingarna var oförändrade eller något lägre. Förändringarna var dock så små att de för flertalet områden endast marginellt påverkade beräknad utlakning. I Sydsvenska mellanbygden (region 2a och 2b) ledde dock den ökade skörden i kombination med minskad gödsling till en minskad utlakning för vårkorn medan det motsatta förhållandet ledde till ökad utlakning i Östsvenska dalbygden (region 8). För och vall var skillnaderna också mycket små (Figur 16, Figur 17). I södra Sveriges slätt- och mellanbygder ökade både gödsling och skördar vilket dock inte medförde någon ändring i utlakningskoefficienterna av betydelse. Figur 15. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), kväveskörd och gödsling för olika regioner och år för vårkorn på jordarten y. 32 Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

33 Figur 16. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), kväveskörd och gödsling för olika regioner och år för på jordarten y. Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

34 Figur 17. Utlakning (inkl 95% konfi densintervall), kväveskörd och gödsling för olika regioner och gödslingsformer för vall på jordarten y. Medelutlakning och bruttobelastning Variationen i utlakningsnivå och koncentrationer mellan regioner var betydande, från 47 till 6 kg N/ha respektive 14 till 2 mg N/l (Figur 18, Figur 19, Tabell 6, Tabell 7). I den södra delen av landet var utlakningen tydligt korrelerad till avrinningens storlek med hög utlakning i de nederbördsrika västra delarna och lägre i de torra östra regionerna. Avrinningen var mer än dubbelt så hög i de västra delarna av södra Sverige jämfört med de östra. I Norrland var dock utlakningsnivåerna måttliga trots förhållandevis hög avrinning. Hög andel vallodling, som är vanligt i skogs- och mellanbygderna, drar också ner medelutlakningen. Tydligast är detta i Norrland där koncentrationerna var mycket låg. Jordarten påverkade också nivåerna tydligt, i områden med hög andel lerjordar var utlakningen förhållandevis låg. Påfallande var de låga nivåerna på slättområdena med mycket styv lera i östra Sverige trots låg andel vallodling. Största belastningen hade regionerna i Sydvästsverige. Även belastningen i Svealand är relativt stor trots låg medelutlakning, detta på grund av den stora arealen åkermark där. För hela riket var medelutlakningen av kväve per arealenhet oförändrad mellan 1995 och 1999, knappt 22 kg N/ha/år. Även bruttobelastningen, knappt 60 kton N, var i det närmaste oförändrad mellan Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999

35 och 1999 då den totala åkerarealen endast förändrats marginellt. Även förändringarna för de olika regionerna var generellt små och ligger till stor del inom felmarginalen. Förändringar för Norrlandsregionerna förfaller vara störst procentuellt sett men osäkerheten i indata är här mycket stor, bl.a. beroende på liten åkerareal och osäker gödslingsstatistik, och den absoluta förändringen i kg N räknat var ej så stor varför även denna förändring sannolikt ligger inom felmarginalen. I Sydsvenska mellanbygden minskade belastningen något från 1995 till 1999 på grund av att andelen stallgödslad areal minskade samtidigt som utlakningskoefficienterna för de flesta grödorna minskat något (p.g.a. av förbättrat växtnäringsutnyttjande). I Svealands slättbygder ökade belastningen något p.g.a. att vall- och trädesarelaen minskade något samtidigt som andelen stallgödslad areal ökade. I Götalands skogsbygder ökade belastningen marginellt framförallt p.g.a. ökad andel stallgödslad areal och något ökad vallutlakning i samband med ökad stallgödsling. I Norrland minskade utlakningen p.g.a. av något minskad utlakningskoefficient för vall som är den helt dominerande grödan här. Figur 18. Medelutlakning, avrinning, koncentration och bruttobelastning för olika utlakningsregioner 1995 och Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och

36 Figur 19. Medelutlakning, avrinning, koncentration och bruttobelastning för olika PO8-baserade utlakningsregioner 1995 och Kväveläckage från svensk åkermark Beräkningar av normalutlakning för 1995 och 1999