Dränering och växtnäringsförluster

Transkript

1 Sida 1(8) Dränering och växtnäringsförluster Framtaget av Katarina Börling, Jordbruksverket, 2016 Risk för fosforförluster med dålig dränering På jordar som är dåligt dränerade kan man få problem med ojämn upptorkning, ökad risk för markpackning och en sämre markstruktur. Det leder till att risken för ytavrinning och erosion ökar. Vid erosion drar vattnet med sig jordpartiklar och partikulär fosfor. Ytavrinning och erosion är en av de största orsakerna till fosforförluster. Om man har en dålig dränering kan det dessutom bildas stående vatten på fältet. Det gör att markstrukturen på den vattenmättade marken kan förstöras och leraggregat slammas upp. Vid stående vatten på fältet finns det risk för stora flöden genom makroporer i marken. Makroporflödena kan dra med sig en hel del partiklar och fosfor. De uppslammade lerpartiklarna kan sedan följa med avrinnande vatten och transporteras långt. Om marken är vattenmättad ökar också risken för att kväve går förlorat genom denitrifikation. En annan risk är dåligt fungerande diken som ligger mot skog ovanför åkermarken. Om de dikena inte fungerar kan stora mängder vatten från skogen rinna ut över åkermarken och orsaka ytavrinning och erosion, med stora fosforförluster som följd.. Ytavrinning och erosion kan orsaka stora partikeltransporter och fosforförluster. Foto: Anuschka Heeb

2 Sida 2(8) Stående vatten och dåligt underhållen dränering ökar riskerna för fosforförluster. Foto: Anuschka Heeb Vatten från ett skogsdike rinner över höstsådd åkermark. Den höstsådda grödan förmår inte stoppa vattnet, vilket ger ytavrinning och erosion med fosforförluster som följd. Foto: Janne Linder

3 Sida 3(8) Risken för lustgasavgång ökar vid dålig dränering Lustgas (N2O) är en mycket stark växthusgas. 1 kg lustgas kan ge lika stor klimateffekt som ca 300 kg CO2. Det finns samband mellan dålig dränering och ökad lustgasavgång (Hauge och Tesfai, 2013). Sambandet är dock komplicerat och påverkas av många olika faktorer. Lustgas kan bildas i samband med två olika processer i marken: Nitrifikation, då ammoniumkväve (NH4 + ) omvandlas till nitratkväve (NO3 - ) Denitrifikation, då nitratkväve (NO3 - ) omvandlas till kvävgas (N2) Figur 1. Lustgas kan bildas i samband med nitrifikation eller denitrifikation i marken. (Efter Firestone and Davidson, 1989) Nitrifikation Vid nitrifikation krävs syre och om syretillgången blir för låg (som vid dålig dränering) bromsas processen och lustgas bildas i stället för nitrat (Figur 1). I en väldränerad jord med god syretillgång gynnas nitrifikationen och risken för att lustgas ska bildas minskar. Syretillgången kan dock variera i marken och syrebrist kan uppstå lokalt i marken, t ex på ställen med hög mikrobiell aktivitet eller om markens porer har tryckts ihop vid markpackning. Denitrifikation För denitrifikation gäller det omvända, det vill säga att det ska vara helt syrefritt för att få en fullständig denitrifikation. Det är denna process man vill uppnå i våtmarker för att kvävet ska omvandlas till ofarlig kvävgas (N2). Men om syre tillförs så kan denitrifikationen avstanna och lustgas bildas i stället för kvävgas. I en väldränerad jord är risken för denitrifikation låg, men risken finns att det sker lokalt där syretillgången är låg. Speciellt där det finns miljöer med växlande syretillgång finns också en risk för lustgasbildning. Bildandet av lustgas påverkas alltså olika av syretillgången i de två olika processerna. Gemensamt för de båda processerna är dock att växlingen mellan syrerik och syrefattig miljö gynnar bildandet av lustgas. Sambandet mellan lustgasavgång och dränering är därför komplicerat. Största risken för att lustgas ska bildas är när marken är relativt blöt, men ändå inte helt vattenmättad (se Figur 2). För att minska risken för att lustgas bildas i marken så ska man undvika förhållanden med stora mängder fritt kväve när marken är blöt och det finns färskt nedbrytbart organiskt material tillgängligt (Kasimir Klemendtsson, 2009). Lustgasproduktion

4 Sida 4(8) är även beroende av många andra faktorer så som ph, temperatur och odlingsåtgärder. Det går aldrig att helt undvika lustgasproduktion i marken. Figur 2. Produktionen av lustgas (N2O) är som högst vid ca 60% vattenfylld porvolym (Wesström och Joel, 2007). Lustgas kan även avgå från dräneringsvatten. I en undersökning som genomfördes på Lilla Böslid och Mellby mättes lustgasavgång via dräneringsvatten (Magnheden m fl, 2014). Lustgasavgången skedde i relativt korta och höga toppar och däremellan långa perioder med låg avgång. Mätningarna visar dock att det endast är en liten del av den totala lustgasavgången som sker via dräneringsvattnet. Vad kan en förbättrad dränering göra? Fosfor I en väldränerad jord ökar infiltrationen, vilket minskar risken för ytavrinning och erosion som kan föra med sig partikulär fosfor. En jämn infiltration i marken gör också att vattnet passerar en större volym jord och genom att öka kontakten mellan jord och vatten kan löst fosfor bindas till markpartiklarna och minska förlusterna. Risken för att det bildas stående vatten minskar också vid god dränering. Om vattnet rör sig snabbt genom dräneringssystemet, t.ex. genom kulverterade diken, finns det dock en risk att retentionen av fosfor på vägen mot vattendraget minskar. Men målet är att en större andel av vattnet transporteras genom markprofilen och att ytavrinning och annan snabb transport minskas. Kväve En god dränering gynnar grödans rottillväxt och därmed grödans växtnäringsupptag, vilket är positivt både för skörden och för att motverka växtnäringsläckage av framför allt kväve. Mängden lättillgängligt kväve i markprofilen kan vara högre på en väldränerad jord jämfört

5 Sida 5(8) en dåligt dränerad jord eftersom den ökade syretillgången ökar kvävemineraliseringen och minskar denitrifikationen. Då en större andel av vattnet infiltrerar genom markprofilen och marken innehåller mer kväve så finns en viss risk för ökade kväveförluster. Men om man ser till helheten i odlingen så ger en väldränerad mark bättre förutsättningar för en bra gröda, som därmed kan ta upp mer kväve, vilket är positivt ur kvävesynpunkt. Ta hänsyn till hela avrinningsområdet När man förbättrar dränering högst upp i avrinningsområdet är det viktigt att se till hela avrinningsområdet så att man inte får negativa konsekvenser nedströms. Om man förbättrar dräneringen på fält högre upp kan det vid nederbörd på vattenmättad markprofil påverka avvattningen längre ner i avrinningsområdet. En snabbare avrinning kan göra att dikena längre ner i avrinningsområdet inte hinner transportera undan vattnet, vilket kan ge våtare förhållanden och senare upptorkning som ger negativ inverkan på både odling och fosforförluster. Kalkfilterdiken Kalkfilterdiken är en metod som bygger på att man blandar in någon typ av strukturkalk (bränd eller släckt kalk eller blandprodukter) i jorden vid återfyllning av täckdiken på lerjordar. Kalkfilterdiken kan antingen anläggas i samband med nytäckdikning, restaurering av befintliga täckdiken eller anläggas längs ett vattendrag på sluttande mark, t.ex. i gränsen mellan brukad mark och skyddszon. Kalken som blandas in i jorden ger samma effekt som en strukturkalkning och gör att man får en bättre struktur i marken, vilket ökar infiltration och minskar ytavrinningen. Dessutom ger kalken en bättre aggregatstabilitet som minskar risken för att lerpartiklar slammas upp och ger upphov till förluster av partikulär fosfor. Den kalkinblandade jorden ger en hållbar och porös återfyllnad som förbättrar dräneringens funktion på täta lerjordar och kan dessutom binda fosfor i det genomrinnande vattnet. För att kalkfilterdiken ska vara så effektiva som möjligt är det viktigt att dräneringsledningarna anläggs tvärs lutningen på fältet och avrinningsriktningen. Då når vattnet så fort som möjligt ett kalkfilterdike och infiltreringen sker jämt över fältet. Metoden kräver en noggrann planläggning av täckdikningssystemet för att denna effekt skall uppnås.

6 Sida 6(8) Anläggning av kalkfilterdike i Östergötland Foto: Dennis Wiström Ett fältförsök med kalkfilterdike har utförts i Sverige under tre års tid, där avrinnande vatten både från ytavrinning och dränering analyserades (Lindström och Ulén, 2003). Försöket var placerat på ett fält med måttligt mullhaltig styv lera och en lutning på 3,5 %. Ett kalkfilterdike iordningställdes längst ner på fältet. Fältet hade även en kontrollruta med konventionell täckdikning. Kalkfilterdiket minskade ytavrinningen medan andelen vatten som passerade genom markprofilen ökade. Både totalfosfor och suspenderat material i avrinnande vatten minskade under de tre år försöket pågick. Beräkningar visade att de totala fosforförlusterna minskade med 0,2 kg P/ha, vilket motsvarar 16 % av fosforförlusterna från fältet med konventionellt täckdike. Försöket pågick endast under tre år så de långsiktiga effekterna har inte kunnat utvärderas. I Litauen har ett försök med kalkinblandning vid återfyllnad av täckdiken genomförts (Saulys och Bastiene, 2008). I försöket jämfördes en traditionell täckdikning med en täckdikning där

7 Sida 7(8) materialet vid återfyllnaden blandades med 0,6 % CaO i form av skifferaska som innehöll 21,5 % CaO. Försöksplatsen utgjordes av ca 15 ha mjäla- och lerjord. Avrinnande vatten har analyserats under en period av sju år. Både totalfosfor och löst fosfor i avrinnande vatten från täckdikningssystemet minskade efter inblandning av kalk. Koncentrationen av totalfosfor i avrinnande vatten minskade med ca 50 % och koncentrationen av löst fosfor minskade med ca 64 % jämfört med kontrollen där täckdikning gjorts utan inblandning av kalk. Effekten var konstant under de sju åren som mätningarna pågick. Det är oklart om, och i så fall hur, kalkfilterdiken påverkar kväveförlusterna. I försöket med kalkfilterdike i Sverige var kväveläckaget högre från fältet med kalkfilterdike, 17 kg N/ha jämfört med 9 kg N/ha i det okalkade. Författarna förklarar detta med att en större andel av vattnet passerar genom markprofilen i stället för genom ytavrinning på markytan. I försöket från Litauen uppmättes inga statistiskt signifikanta skillnader i kvävekoncentration mellan de olika försöksleden. En ökad infiltration skulle alltså kunna orsaka en större risk för kväveutlakning, men förmodligen gynnas grödan av en god infiltration, vilket ger förutsättningar för ett högre kväveupptag som i sin tur kan kompensera för det högre kväveinnehållet i markprofilen. Underhåll av öppna diken Underhåll av öppna diken är nödvändigt för att dräneringen ska fungera. Det är dock inte självklart hur underhåll av öppna diken påverkar fosforförlusterna på kort och lång sikt. Ett kraftigt bevuxet dike kan fungera som en bra fosforfälla genom att bromsa upp vattenhastigheten och gynna sedimentation av partiklar i vattnet. Växtligheten kan också filtrera partiklar. Men när fosforrikt sediment ansamlas i dikena kan de behöva rensas för att inte riskera att sedimentet virvlar upp igen och transporteras vidare. Underhåll av öppna diken ska göras med stor försiktighet så att man minimerar de negativa effekterna vid själva underhållet. Ett alternativ till att gräva ur sediment vid underhåll kan vara att klippa vegetationen i diket så att dräneringsfunktionen bibehålls utan att man behöver gräva i bottenmaterialet. Litteratur: Firestone, M.K. & Davidson, E.A Microbiological basis of NO and N2O production and consumption in soil. In: Exchange of Trace Gases between Terrestrial Ecosystems and the Atmosphere (eds M.O. Andreae & D.S. Schimel), pp John Wiley & Sons, Chichester. Hauge, Atle og Tesfai, Mehreteab, Dreneringsforholdenes effekt på lystgassutslipp fra landbruksjord. Resultater fra en pilotstudie på marin leirjord med korndrift. Bioforsk Jord og Miljø, Norge. Rapport 8 (42). Kasimir Klemendtsson, Lustgasavgång från jordbruksmark, Institutionen för Geovetenskaper, Göteborgs Universitet. Lindström och Ulén, Effekt av kalk i täckdikesåterfyllningen på fosforförluster från jordbruksmark. Institutionen för markvetenskap, Sveriges Lantbruksuniversitet.

8 Sida 8(8) Marie Magnheden, Marie Mattsson, Siegfried Fleischer, Maria Berglund, Erik Ekre & Helena Aronsson, Lustgas i dräneringsvatten från åkermark. Resultat del 2. Högskolan i Halmstad, Hushållningssällskapet Halland och SLU. Saulys, V och Bastiene, N The impact of lime on water quality when draining clay soils. Ekologija. 54:1, Wesström, I. och Joel, A Lustgasavgång från åkermark vid reglering av grundvattennivån en litteraturstudie, Rapport 6, Institutionen för markvetenskap, Avdelningen för hydroteknik, Sveriges Lantbruksuniversitet.