Utveckling av mer platsberoende parameterisering av ICECREAMDB

SMED Rapport Nr 33-2009 Utveckling av mer platsberoende parameterisering av ICECREAMDB Karin Blombäck och Kristian Persson Institutionen för mark och miljö, SLU På uppdrag av Naturvårdsverket

Publicering: www.smed.se Utgivare: Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut Adress: 601 76 Norrköping Startår: 2006 ISSN: 1653-8102 SMED utgör en förkortning för Svenska MiljöEmissionsData, som är ett samarbete mellan IVL, SCB, SLU och SMHI. Samarbetet inom SMED inleddes 2001 med syftet att långsiktigt samla och utveckla den svenska kompetensen inom emissionsstatistik kopplat till åtgärdsarbete inom olika områden, bland annat som ett svar på Naturvårdsverkets behov av expertstöd för Sveriges internationella rapportering avseende utsläpp till luft och vatten, avfall samt farliga ämnen. Målsättningen med SMED-samarbetet är främst att utveckla och driva nationella emissionsdatabaser, och att tillhandahålla olika tjänster relaterade till dessa för nationella, regionala och lokala myndigheter, luft- och vattenvårdsförbund, näringsliv m fl. Mer information finns på SMEDs hemsida www.smed.se.

Förord SMED (Svenska Miljöemissions Data), som är ett konsortium bestående av IVL, SLU, SCB och SMHI, har genomfört detta projekt på uppdrag av Naturvårdsverket som ett led i att förfina parameteriseringen av ICECREAMDB-modellen och därmed förbättra beräkningarna av P-förlusterna från svensk jordbruksmark.

Innehåll INNEHÅLL 2 SAMMANFATTNING 3 SUMMARY 4 BAKGRUND 5 SYFTE 7 GENOMFÖRANDE 8 Testdata och beskrivning av observationsfälten 8 Parameteriseringstester 10 Parameterbeskrivning 14 Texturfraktioner, organiskt material och ph 14 Porositet, fältkapacitet, vissningsgräns och kompaktdensitet 14 RESULTAT 16 Observationsfält 2M 16 Observationsfält 5O 22 Observationsfält 12N 27 DISKUSSION 32 SLUTSATSER 35 REFERENSER 36

Sammanfattning Tidigare jämförelser mellan uppmätta fosforförluster och simulerade resultat med ICECREAMDB-modellen visade vissa systematiska avvikelser som kunde kopplas till jordarten i de studerade områdena (Djodjik m.fl., 2008). I den tidigare studien var simuleringarna gjorda med de standardiserade parameteriseringarna för olika jordarter som användes för PLC5-beräkningarna. Inför nästa PLC-omgång bedömde vi det därför som viktigt att se över generaliteten i den jordartsrelaterade parameteriseringen och också göra en bedömning av hur platsberoende den är. I den här rapporten redovisas ett inledande arbete där den jordartsrelaterade PLC5- parameteriseringen respektive mer platsspecifik parameterisering testades på tre olika fält som ingår i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark. Fälten består av jordarterna sandy loam och loam och valdes eftersom de representerar jordarter som förekommer i samtliga läckageregioner i Sverige och motsvarar över 50% av jordbruksarealen i 12 av de 22 regionerna. De spelar därför en viktig roll vid beräkningen av de regionala utlakningskoefficienterna. Resultaten visade att standardparameteriseringarna för ICECREAMDB-modellen från PLC5-beräkningarna fungerade i stort sett bra för att återge avrinningsmönstret i de tre observationsfälten vid simuleringar under 5-9 års perioder. Simuleringarna återgav i stort sett mätvärdena för när flödestopparna börjar och slutar, men inte på något fält lyckades modellen återge pikflödena i flödestopparna och den ackumulerade avrinningen underskattades i fyra av de fem olika körningarna. För de simulerade resultaten av P-förluster gällde det omvända, då förlusten av både total-p och löst P överskattades med standardparameteriseringarna. Med platsspecifik parameterisering underskattades avrinningen ytterligare, medan överskattningen av total-p minskade. Vid testen av den platsspecifika parameteriseringen hade sättningen av vattenlagringskapaciteten i marken, dvs porositet, fältkapacitet och vissningsgräns, stor betydelse för totala avrinningen och för fördelningen av flödena mellan ytavrinning, makroporflöde och flöde i mikroporregionen. Eftersom vattenflödena i sin tur styr P-flödena i modellen hade dessa parametrar även stor betydelse för P-flödena. Små förändringar i parameteriseringen av både lerhalten och ph hade stor påverkan på de simulerade fosforförlusterna. Inte i något fall förbättrades precisionen i beräkningarna då parametrar för vattenlagringskapaciteten i marken sattes efter fältdata istället för enligt de funktioner som använts i PLC5-arbetet. Det här presenterade arbetet var en inledande test av några av de standardparameteriseringar som användes i PLC5-beräkningarna. En fortsatt studie, finansierad inom ramen för SLUs fortlöpande miljöanalysarbete kommer att göras under 2009 för att täcka in fler jordarter och också större regionala skillnader vad gäller klimatfaktorerna.

Summary Previous comparisons of measured phosphorus (P) losses and simulated results obtained using the ICECREAMDB model revealed certain systematic deviations that could be attributed to soil texture in the study areas. In the previous investigation, simulations were performed with the standard parameterisations for different soil textures that are used for the PLC5 calculations. Before the next set of PLC we therefore deemed it important to review the generality of soil texture-related parameterisation and to make an assessment of its site-specificity. This report describes preliminary work in which soil texture-related PLC5 parameterisation and more site-specific parameterisation were tested in three different fields included in the environmental monitoring programme Observation fields on arable land. The soil texture in these fields consists of sandy loam and loam and the fields were chosen because they represent soils that occur in all leaching regions of Sweden, corresponding to over 50% of the agricultural area in 12 of the 22 regions, and therefore play an important role in calculation of the regional leaching coefficients. The results showed that the standard parameterisations from the PLC5 calculations used for the ICECREAMDB model generally functioned well as regards capturing the run-off pattern in the three observation fields for simulation of 5-9 year periods. Starts and stops of run-off events were captured but the size of the peak flows as well as the accumulated run-off were underestimated. In contrast, the simulated results of P losses, both total-p and dissolved-p, were overestimated with the standard parameterisations.the site-specific parameterisation further underestimated run-off, while overestimation of total-p losses decreased. In the tests on site-specific parameterisation, the value given to the water storage capacity in the soil, i.e. porosity, field capacity and wilting point, was critically important for total run-off and for the distribution of flows between surface run-off, macropore flow and flow in the micropore region. Since water flows in turn control P flows in the model, these parameters were also highly important for the P flows. Small changes in clay content and ph both had a large impact on simulated P losses. Not in any of the cases did the site-specific parameterisation improve the simulated results compared to parameterisation according to PLC5. The study presented was an introductory test of a few of the standard parameterisations used for the PLC5 calculations. A continued study, financed by the SLU Environmental mentoring and assessment program will be performed during 2009 to cover more soil types and a broader spectrum of climatic variations.

Termer och begrepp Curve number: En parameter som anger markens förmåga att infiltrera vatten. Parametern ingår vid beräkning av fördelningen mellan ytvattenbildning och infiltration. Fältkapacitet: Vattenhalten i marken då fritt vatten dränerats av. Här är fältkapaciteten definierad att motsvara vattenhalten vid ett bindningstryck på 3 meter vattenpelare. Kompaktdensitet: Markpartiklarnas täthet (g/cm 3 ), dvs. markpartiklarnas massa/markpartiklarnas volym (m s /V s ). Känslighetsanalys: Undersökning av hur mycket de simulerade resultaten påverkas då olika parametervärden ändras. Känslighetsanalysen ger en bild av hur känslig modellen är för variationer i värdena för olika parametrar. Pedo-transferfunktioner: Funktioner för att estimera egenskaper, t ex porositet och hydraulisk konduktivitet, för en jord utifrån dess textur. Porositet: Markens porvolym (%). Silt: Kornstorleksfraktion som i det svenska jordartsklassificeringssystemet motsvaras av finmo och mjälafraktionerna. Skrymdensitet: Markens täthet (g/cm 3 ), dvs. markpartiklarnas massa/markens totala volym (m s /V). Vissningsgräns: Vattenhalten i marken då markvattnet anses så hårt bundet till markpartiklarna att det inte är möjligt för växterna att kunna ta upp det. Den fysikaliska vissningsgränsen bestäms vid ett bindningstryck på 150 meter vattenpelare.

Bakgrund Uppmätta halter av total P (tot-p) i avrinningsvattnet från de i miljöövervakningsprogrammet ingående Observationsfält på åkermark visar på ett jordartsberoende samband för P-förlusterna så att koncentrationen är högre från lerjordarna än från de lättare jordarna. Simulerade resultat med ICECREAMDB-modellen (Johnsson m.fl., 2008) visade samma trend för de olika jordarterna, men visade också på några systematiska avvikelser (Figur 1). En jämförelse mellan simulerade och uppmätta medelvärden på P-koncentrationen i avrinningsvattnet visade att modellen överestimerade värdena för de lättare jordarna, trots att en reduktionsfaktor för ytförluster var pålagd. För lerjordarna var bilden mer komplicerad. Lättare lerjordar med låg P-klass överskattades medan styvare lerjord och lättare lerjordar med medium P-klass underskattades. I en test för att bestämma hur flödesfördelningen av avrinningsvattnet påverkade P-förlusterna och P-koncentrationerna justerades parametervärdet för curve number (CN) (Djodjic m.fl., 2008). Förändringen i CN påverkade fördelningen mellan ytavrinning och dräneringsförluster, men i ännu större utsträckning förlusterna av partikulärt P. Förändringarna i vattenflödena och i partikeltransporterna var inte proportionella, och sambandet mellan vattenflöde och transport av partikulärt P var jordartsberoende (Djodjic m.fl., 2008). Dessa resultat indikerade på ytterligare behov av test av ICECREAMDB-modellens parameterisering och dess påverkan på simulerade vatten- och P-förluster för olika jordarter. Vi gjorde bedömningen att en sådan test bör göras på fältnivå och mot specifika försöksfält för att möjliggöra utvärdering av resultaten mot mätdata. 0.7 1:1 linje 0.6 0.5 SiClLo simulerad halt (mg P/l) 0.4 0.3 SiLo SiClLo SiClLo SiClLo Cl 0.2 SaLo Lo SiLo Lo 0.1 SaLo LoSa (a) SaLo 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 uppmätt halt (mg P/l) Figur 1. Simulerade och uppmätta medelhalter av P-koncentrationen (tot-p) i avrinningsvattnet från de i miljöövervakningsprogrammet ingående Observationsfält på åkermark (omarbetad från Johnsson m. fl., 2008). De uppmätta värdena är korrigerade för att kompensera för icke flödesproportionella mätningar. SaLo - sandy loam, LoSa - loamy sand, Lo loam, SiLo silt loam, SiClLo silty clay loam, Cl clay.

Syfte Syftet med föreliggande projekt är att 1) testa den parameterisering av olika jordarter som använts i ICECREAMDB vid PLC5-beräkningarna, och 2) testa inverkan av platsspecifika jordegenskaper i parameteriseringen på simulerade avrinningsoch P-förluster.

Genomförande Testdata och beskrivning av observationsfälten Tester och kalibreringar gjordes genom att ICECREAMDB-modellen applicerades på data från tre av de i miljöövervakningsprogrammet ingående Observationsfält på åkermark. De tre olika observationsfälten 2M, 5O och 12N valdes för studien (Figur 2). Fälten består av jordarterna sandy loam och loam. Fälten valdes eftersom de representerar jordarter som förekommer i samtliga läckageregioner i Sverige och motsvarar över 50% av jordbruksarealen i 12 av de 22 regionerna (Johnsson m.fl., 2008) och spelar därför en viktig roll vid beräkningen av de regionala utlakningskoefficienterna. Dessutom ligger dessa jordar inom det texturella spannet där strukturella sprickor (makroporer) kan förväntas få en större betydelse. Antaganden i modellen om makroporflöden har visat sig vara viktiga för de simulerade resultaten av P-förluster och i parameteriseringen för PLC5-beräkningarna antogs en stor skillnad i makroporernas påverkan just mellan jordarterna sandy loam och loam. Figur 2. Lokaliseringen av de i studien ingående observationsfälten 2M, 5O och 12N. Platserna är markerade med svarta cirklar på kartan. Simulerade resultat jämfördes mot uppmätta värden av avrinning (mm/dag) och förluster av total-p och PO 4 -P (kg/ha). Förlusterna av P beräknades utifrån uppmätt avrinning och uppmätt P-koncentration i avrinningsvattnet. Eftersom provtagningarna av P-förlusterna inte var flödesproportionella gjordes en interpolering av P- koncentrationen mellan provtagningstillfällena (Johansson och Gustafson, 2008). P-förlusterna är inte korrigerade för att kompensera för icke flödesproportionella provtagningar. I samtliga testade observationsfält är uppmätta data en blandning av yt- och dräneringsförluster. Klimatdata från närbelägna klimatstationer användes vid simulering av avrinningen. Tillgången till lokal nederbördsdata var avgörande för testperiodens längd. Nederbörden (regn och snö) korrigerades med +7% för att kompensera för mätfel på grund av till exempel vindavdrift runt mätstationen. In-

formation om brukningen av fälten (grödor, gödsling, bearbetning och bevattning) har används som indata till modellen. Fältet 2M är beläget i södra delen av det småkuperade sydvästskånska dödismoränlandskapet och består av baltisk moränlera. Jordarten klassas i det svenska systemet som en moränlättlera eller enligt internationellt klassificeringssystem som sandy loam/loam. Jorden kan betraktas som struktursvag, med ett svagt utvecklat aggregat- och spricksystem. Den har ett gott P-innehåll (P-AL klass III-IV). Under den studerade perioden odlades vår- och höstsådda spannmålsgrödor, sockerbetor och ärtor. Endast handelsgödselmedel tillfördes (N, P och K). Nederbördsdata från försöksplatsen användes i simuleringarna. Temperaturdata var från Skurup, 5 km NO om försöksplatsen. Årsmedelvärden för nederbörd, avrinning och P-förluster redovisas i Tabell 1. Fältet 5O är belägen på Varaslätten. Matjorden består av lättlera och alven består av mellanlera. Hela profilen klassas som loam. Jorden har ett gott P-innehåll (P- AL klass III). Under den studerade perioden odlades höstvete, ärtor och vårrybs. Stallgödsel och handelsgödsel (N, P och K) tillfördes. Klimatdata från Lanna försöksgård, ca 10 km O om försöksplatsen, användes. Årsmedelvärden för nederbörd, avrinning och P-förluster redovisas i Tabell 1. Fältet 12N är beläget 8 km söder om Laholm. Jordarten domineras av grovmo och sand och klassas som en sandig mo enligt det svenska klassificeringssystemet. Enligt internationellt klassificeringssystem klassas jorden som sandy loam i matjorden, som loamy sand i övre delen av alven och som sand under 60 cm djup. Under den studerade perioden odlades vår- och höstsådda spannmålsgrödor, potatis och sockerbetor. Stallgödsel och handelsgödsel (N, P och K) tillfördes. Klimatdata från Mellby, ca 5 km N om försöksplatsen, användes. Nederbördsdatan är kompletterad med den bevattning som gjordes på fältet. Årsmedelvärden för nederbörd, avrinning och P-förluster redovisas i Tabell 1. Tabell 1. Årsmedelvärden för nederbörd, avrinning och förluster av total-p och PO 4-P från observationsfälten 2M, 5O och 12N (Johansson och Gustafson, 2008) Årsmedelvärden Fält: Nederbörd a (mm) Avrinning (mm) b Tot-P cd (kg/ha) PO 4-P cd (kg/ha) 2M 662 239 0,15 0,07 5O 558 240 0,24 0,07 12N 773 407 0,09 0,02 a) Nederbörd från näraliggande SMHI-stationer, Medelvärde för perioden 1961-1990. b) Medelvärden för perioden 1977-2006 för fälten 2M och 12 N och för perioden 1998-2006 för fält 5O. c) Mängder Tot-P och PO 4-P är beräknade från uppmätta värden på avrinning och P-koncentration i avrinningsvattnet. Dagliga värden på P-koncentrationen beräknades genom linjär interpolation mellan mättillfällena. d) Medelvärden för Tot-P för perioden 1977-2006 för fälten 2M och 12N och för perioden 1998-2006 för fält 5O. Medelvärden för PO 4-P för perioden 1977-2000 för fälten 2M och 12 N och för perioden 2006-2007 för fält 5O.

Parameteriseringstester Parameteriseringstesterna utfördes i två steg på varje fält: - Först testades den parameteruppsättning för de aktuella jordarterna som användes i PLC5-beräkningarna, här kallad standardparameterisering (Tabell 2-4). Detta gjordes för att få ett mått på standardparameteriseringens giltighet på fältnivå. I standardparameteriseringen är parametrar kopplade till jordarten baserade på pedo-transferfunktioner (Johnsson m.fl., 2008). - I det andra steget anpassades parameteriseringen till tillgängliga mätdata från varje enskilt observationsfält (Tabell 2-4). En känslighetsanalys gjordes för att bestämma varje enskild parameters inverkan på den beräknade avrinningen och P-förlusten. På fältet 5O testades även inverkan av lutningsklass eftersom detta fält har en större kupering. De parametrar som ändrats för de olika fälten redovisas i tabellerna 2-4.

Tabell 2. Parametervärden för fältet 2M enligt standardparameterisering för sandy loam och loam från PLC5-beräkningarna och enligt tillgängliga mätdata från fältet Parameter Enhet Standardparameterisering Fältdata Källa Sandy loam Loam Standard/Fältdata Lerhalt % 10 d 19 d 17;17;18;18 d Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Sandhalt a % 62 d 42 d 50;50;48;46 d Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Organisk halt b % 4,3;4,3;1;1 4,3;4,3;1;1 2,6;2,6;2;1 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Porositet % 45,3 46,3 49,6;49,6;43,6;41 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Vissningsgräns % 9,5 11,7 8 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Fältkapacitet c % 20,7 27 28;28;27;27 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 Kompaktdensitet ton m -3 2,6;2,6;2,75;2,75 2,6;2,6;2,75;2,75 2,6;2,6;2,65;2,65 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 ph 6,5 6,5 7,2;7,2;7,4;7,6 Rawls m.fl., 1982/Svensson, O., 1999 a Sand är här lika med summan av fraktionerna sand och grovmo (0.06-2 mm) b Glödgningsförlust kompenserad för förlust av avdunstande vatten, dvs. enligt Ekströms mullhaltsbestämning c Volumetrisk vattenhalt (θ) vid 3 m. vp. (30 kpa) d För standardparameteriseringarna antas samma jordart i hela jordprofilen, medan för fältdata anges jordart i enlighet med kartering för de olika horisontdjupen 0-1, 1-29, 30-65 och 65-100cm.

- Tabell 3. Parametervärden för fältet 5O enligt standardparameterisering för loam från PLC5-beräkningarna och enligt tillgängliga mätdata från fältet Parameter Enhet Standardparameterisering Fältdata Källa Loam Standard/Fältdata Lerhalt % 19 d 14;14;39;41 d Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Sandhalt a % 42 d 40;40;15;8,5 d Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Organisk halt b % 4,3;4,3;1;1 3;3;0,1;0,1 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Vissningsgräns % 11,7 7;7;14;15 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Kompaktdensitet ton m -3 2,6;2,6;2,75;2,75 2,6;2,6;2,65;2,65 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data ph 6,5 6,3 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data a Sand är här lika med summan av fraktionerna sand och grovmo (0.06-2 mm) b Glödgningsförlust kompenserad för förlust av avdunstande vatten, dvs. enligt Ekströms mullhaltsbestämning c Volumetrisk vattenhalt (θ) vid 3 m. vp. (30 kpa) d För standardparameteriseringarna antas samma jordart i hela jordprofilen, medan för fältdata anges jordart i enlighet med kartering för de olika horisontdjupen 0-1, 1-29, 30-65 och 65-100cm

Tabell 4. Parametervärden för fältet 12N enligt standardparameterisering för loamy sand och sandy loam från PLC5-beräkningarna och enligt tillgängliga mätdata från fältet Parameter Enhet Standardparameterisering Fältdata Källa Loamy sand Sandy loam Standard/Fältdata Lerhalt % 5 d 10 d 10;10;0,1;0,1 d Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Sandhalt a % 80 d 62 d 71;71;94;95 d Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Organisk halt b % 4,3;4,3;1;1 4,3;4,3;1;1 6;6;1;1 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Vissningsgräns % 5,5 9,5 5;5;2;2 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data Kompaktdensitet ton m -3 2,6;2,6;2,75;2,75 2,6;2,6;2,75;2,75 2,6;2,6;2,65;2,65 Rawls m.fl., 1982/Gustafson, opublicerad data a Sand är här lika med summan av fraktionerna sand och grovmo (0.06-2 mm) b Glödgningsförlust kompenserad för förlust av avdunstande vatten, dvs. enligt Ekströms mullhaltsbestämning c Volumetrisk vattenhalt (θ) vid 3 m. vp. (30 kpa) d För standardparameteriseringarna antas samma jordart i hela jordprofilen, medan för fältdata anges jordart i enlighet med kartering för de olika horisontdjupen 0-1, 1-29, 30-65 och 65-100cm

Parameterbeskrivning De parametrar som anpassats enligt fältdata påverkar flera olika processer i ICECREAMDB-modellen. Ofta påverkar varje parameter flera processer samtidigt. Här följer en kort beskrivning av dessa processer och hur parametrarna påverkar dem. Texturfraktioner, organiskt material och ph Markens mineralbundna P fördelas mellan tre olika pooler i modellen den stabila poolen med hårt bundet P, den aktiva poolen som är medelstabil och den labila poolen med mer lättlösligt P. Lerhalten är en viktig faktor för hur markens mineral- P rör sig mellan de olika mineralpoolerna. Flödena beräknas utifrån olika jämviktsekvationer. Flödena mellan den stabila och den aktiva poolen respektive mellan den aktiva och den labila poolen är beroende av både lerhalt, basmättnadsgrad och ph. Flödet mellan den aktiva och den labila P-poolen är dessutom beroende av markens fuktighet och temperatur. Då lerhalten ökar blir mer P hårdare bundet i marken. Med ökat ph blir P mindre hårt bundet. Inverkan av ph på flödena mellan de olika P-poolerna avtar med ökad lerhalt. Koncentrationen av löst P (DRP) i marklösningen är direkt proportionell mot den labila P-poolens storlek och därför indirekt påverkad av lerhalt och ph eftersom dessa faktorer styr inlagringen av P i den labila poolen. Koncentrationen av DRP är också direkt kopplad till lerhalten och med ökad lerhalt minskar lösligheten av P. Det innebär alltså att med ökad lerhalt minskar inlagringen av P i den labila poolen och dessutom minskar lösligheten av DRP. Ler- och sandhalten bestämmer halten silt. Alla texturfraktionerna och halten organiskt material ingår i beräkningen av partikelflödet vid erosion och vid beräkning av anrikningsfaktorn som anger en anrikning av fina partiklar i erosionsflödet. De fina partiklarna har högre P-halt och därmed har erosionsmaterialet en högre P-halt än markprofilens P-halt. Lerhalten påverkar den maximala storleken på den partikelpool som genererar partikulärt flöde i makroporerna. Högre lerhalt ger större pool och därmed ett högre partikel flöde och högre förlust av partikulärt P (PP). Porositet, fältkapacitet, vissningsgräns och kompaktdensitet Porositeten, fältkapaciteten (FC) och vissningsgränsen (WP) påverkar markens förmåga att lagra vatten och bidrar därmed till att fördela vattenflödet mellan ytvattenavrinning, makroporflöde och flöde genom mikroporregionen. Den maximal aktiva vattenlagringsvolymen (ul) ges av porositeten minus vissningsgränsen. Då ul är nära vattenmättnad kommer ytterligare tillskott av nederbörd att bilda ytavrinning. Det innebär att ju större lagringsvolymen är desto mindre risk är det att vattenmättnad och därmed ytavrinning uppstår. Fältkapaciteten minus vissningsgränsen anger den största mängd vatten som kan bindas i marken (uf). Om markens

aktuella vattenhalt överstiger uf i en horisont uppstår perkolation och överskottsvattnet transporteras till den underliggande horisonten eller ut ur profilen som dränering. Om markens vattenhalt är mycket nära eller motsvarar fältkapaciteten kan makroporflöde bildas. Porositeten används också tillsammans med kompaktdensiteten för att beräkna markens skrymdensitet.

Resultat Observationsfält 2M Observationsfältet 2M testades för perioden 1 juli 2000-31 december 2005. Den ackumulerade nederbörden för perioden uppgick till 3511 mm och den ackumulerade uppmätta avrinningen till 951 mm. Den ackumulerade förlusten av total-p uppgick till 0,64 kg/ha och av PO 4 -P (DRP) till 0,22 kg/ha. Fältet 2M har en jordartssammansättning som ligger precis mellan klasserna sandy loam och loam och därför testades båda dessa standardparameteriseringar. Parameteriseringen för sandy loam överskattade avrinningen något (1041 mm; +9%), medan parameteriseringen för loam något underskattade den totala avrinningen (873 mm; -8%) (Figur 3). Båda resultaten får dock anses som bra. Vad gäller dynamiken på dygnsbasis startade avrinningen senare och avslutades senare i simuleringarna än i mätningarna för både sandy loam och loam (Figur 4). Loam reagerade dock snabbare än sandy loam och hade på grund av makroporflöden tidiga flödespikar som snabbt stannade av. I sandy loam bildades inget makroporflöde. Simuleringarna nådde inte pikarna i flödestopparna. För beräkningarna av P-förluster underskattade modellen total-p (0.48 kg/ha; -25%) och överskattade DRP (0.3 kg/ha; +36%) för sandy loam och överskattade både total-p (2.58 kg/ha; +300%) och DRP (0.41 kg/ha; +86%) för loam (Figur 5 och 6). 1200 900 mm 600 Mätning Standardloam Standard sandyloam 2M-loam 2M-sandyloam 300 0 2000-07- 01 2001-01- 01 2001-07- 01 2002-01- 01 2002-07- 01 2003-01- 01 2003-07- 01 2004-01- 01 2004-07- 01 2005-01- 01 2005-07- 01 Figur 3. Ackumulerad avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 2M i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 juli 2000-31 december 2005. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 2M är platsspecifik parameterisering.

15 12 9 6 3 0 2000-07-01 2000-09-01 2000-11-01 2001-01-01 2001-03-01 2001-05-01 2001-07-01 2001-09-01 2001-11-01 2002-01-01 2002-03-01 2002-05-01 2002-07-01 2002-09-01 2002-11-01 2003-01-01 2003-03-01 2003-05-01 2003-07-01 2003-09-01 2003-11-01 2004-01-01 2004-03-01 2004-05-01 2004-07-01 2004-09-01 2004-11-01 2005-01-01 2005-03-01 2005-05-01 2005-07-01 mm 2005-09-01 2005-11-01 Mätning Standardloam Standard sandyloam 2M-loam 2M-sandyloam Figur 4. Daglig avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 2M i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 juli 2000-31 december 2005. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 2M är platsspecifik parameterisering.

3 2.5 2 kg/ha 1.5 Mätningar Standard loam Standard sandyloam 2M-loam 2M-sandyloam 1 0.5 0 2000-07-01 2000-09-01 2000-11-01 2001-01-01 2001-03-01 2001-05-01 2001-07-01 2001-09-01 2001-11-01 2002-01-01 2002-03-01 2002-05-01 2002-07-01 2002-09-01 2002-11-01 2003-01-01 2003-03-01 2003-05-01 2003-07-01 2003-09-01 2003-11-01 2004-01-01 2004-03-01 2004-05-01 2004-07-01 2004-09-01 2004-11-01 2005-01-01 2005-03-01 2005-05-01 2005-07-01 2005-09-01 2005-11-01 Figur 5. Ackumulerad förlust av total-p, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 2M i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 juli 2000-31 december 2005. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 2M är platsspecifik parameterisering. 0.5 0.4 kg/ha 0.3 0.2 Mätning Standard loam Standard sandyloam 2M-loam 2M-sandyloam 0.1 0 2000-07-01 2000-10-01 2001-01-01 2001-04-01 2001-07-01 2001-10-01 2002-01-01 2002-04-01 2002-07-01 2002-10-01 2003-01-01 2003-04-01 2003-07-01 2003-10-01 2004-01-01 2004-04-01 2004-07-01 2004-10-01 2005-01-01 2005-04-01 2005-07-01 2005-10-01 Figur 6. Ackumulerad avrinningsförlust av löst P (DRP), uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 2M i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 juli 2000-31 december 2005. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 2M är platsspecifik parameterisering.

När parameteriseringen ändrades enligt fältdata (Tabell 2) ökades markens lagringskapacitet av vatten. Därmed underskattades den totala avrinningen med 19% för både sandy loam och loam (774 respektive 767 mm) och det var alltså ingen skillnad mellan de båda jordarterna längre på den ackumulerade avrinningen (Figur 3). För sandy loam underskattades total-p fortfarande, dock inte lika mycket (0.54 kg/ha; -16%) medan förlusten av DRP nådde samma ackumulerade värde som vid standardparameteriseringen (Figur 5 och 6). För loam överskattades fortfarande både total-p och DRP kraftigt (2,44 kg/ha; +280% och 0,47 kg/ha; +114%). För att undersöka varje enskild parameters betydelse för förändringen i vatten- och P-flödena gjordes en känslighetsanalys för de parametrar som ändrades enligt fältdata (Tabell 5). Parameterförändringarna redovisas i Tabell 2. För vattenflödena var det förändringar i parametrarna för porositet, fältkapacitet (FC) och vissningsgräns (WP) som hade störst påverkan. Eftersom både lerhalten och ph påverkar lösligheten av P i modellen påverkades transporten av DRP kraftigt vid förändring av dessa parametrar. Sand- och lerhalten har inverkan på beräkningen av partikelgenereringen vid ytavrinning och makroporflöde. Beräkningarna sker dock på olika sätt och inverkan på förlusterna för PP genom makroporflöden påverkades mer än förlusten av PP via ytavrinning då ler- och sandhalten förändrades. Resultaten från känslighetsanalysen visar tydligt på ICECREAMDB-modellens komplexitet där många parametrar på olika sätt samtidigt påverkar flera processer.

Tabell 5. Beräknade förluster vid standardparametersiering och effekten av olika parametersättningar på beräkningarna av avrinning och fosforförluster i observationsfältet 2M under perioden 1 juli 2000 31 december 2005. Beräknade resultat med parameterisering i enlighet med uppmätta fältdata jämförs med resultat beräknade med en standardparameterisering som är den parametersättning för jordarterna sandy loam respektive loam som använts vid PLC5-beräkningarna (Johnsson m.fl., 2008). Negativa värden betyder att parameterisering enligt fältdata givit ett lägre simulerat flöde än då standardparameterisering användes. Procentuell förändring i beräknade flöden för vatten, löst P (löst reaktivt PO 4-P; DRP) respektive partikulärt P (PP) totalt och i ytavrinning och flöden i makropor- och mikroporregionen redovisas. Avrinning (mm) Förluster med standardparameterisering P-flöden (kg/ha) Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loam 873 66 72 735 2,58 0,41 0,36 1,81 0,14 0,27 Sandy loam 1041 46 0 995 0,48 0,30 0,18 0 0,11 0,19 Avrinning Förändring (%) P-flöden Parameter: Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loam Lerhalt -0,3 <-0,1 +0,3-0,3-7 +2 +0,6-10 +3 +2 Sandhalt +0,5-0,1 +9-0,4 +9 +3 +3 +11 <-0,1 +5 Organiskt material - - - - -0,2 <+0,1-1 <-0,1 <+0,1 <+0,1 Porositet -0,3-5 +2 <-0,1-3 -2-7 -2-6 -0,1 Fältkapacitet -1 +6-2 -2-0,4 +0,9 +8-2 +6-2 Vissningsgräns -12-6 -0,5-14 -2-6 -4-2 -6-6 Kompaktdensitet - - - - <-0,1 <-0,1 <-0,1 <-0,1 <-0,1 <-0,1 ph - - - - +3 +20-0,2-0,2 +17 +21 Alla parametrar -13-3 -2-15 -5 +13 +10-13 +14 +13 Sandy loam Lerhalt +0,8 <+0,1 - +0,8-8 -12-1,8 - -10-13 Sandhalt -1 <+0,1 - -1-2 -0,7-3 - -0,2-1

Organiskt material - - - - -0,2 <-0,1-0,6 - +0,1 <-0,1 Porositet -0,2 +7 - -0,5-0,3 +1,4-3 - +5-0,5 Fältkapacitet -21 +40 - -24 +22-0,8 +61 - +38-24 Vissningsgräns -5 +2 - -6-0,9-3 +3 - +1-6 Kompaktdensitet - - - - <-0,1 <-0,1 <-0,1 - <-0,1 <-0,1 ph - - - - +15 +24-0,3 - +16 +29 Alla parametrar -26 +33 - -30 +16 +0,3 +44 - +36-21

Observationsfält 5O Observationsfältet 5O testades för perioden 1 januari 1999 31 december 2005. Den ackumulerade nederbörden för perioden uppgick till 4398 mm och den ackumulerade uppmätta avrinningen till 1547 mm. Den ackumulerade förlusten av total-p uppgick till 0,99 kg/ha och av PO 4 -P (DRP) till 0,60 kg/ha. Fältet 5O klassas som en loam. Med standardparameteriseringen beräknades avrinningen till 1008 mm, vilket är en underskattning med 35% (Figur 7). Tidsdynamiken simulerades bra, men flödena var för låga (Figur 8). Standardparamteriseringen överskattade förlusten av total-p (2,17 kg/ha; +119%) och underskattade DRP (0,45 kg/ha; - 25%) (Figur 9 och 10). När parameteriseringen ändrades efter tillgänglig fältdata (Tabell 3) minskade förlusten av P (Figur 9 och 10) medan beräkningen av avrinning i princip var oförändrad (1014 mm; Figur 7). Total-P överskattades dock fortfarande (1,62 kg/ha; +64%) och DRP underskattades ytterligare (0,39 kg/ha; -35%) (Figur 9 och 10). Det var förändringen av lerhalten och vissningsgräns som hade störst inverkan på beräkningarna (Tabell 6). Den lägre lerhalten i ytan gjorde att DRP i ytavrinningen ökade med 7% på grund av högre löslighet från den labila P- poolen och att PP minskade med 26% på grund av att den maximala partikelpoolen för makroportransport minskade. Under 30 cm djup ökade lerhalten och därmed också stabiliteten hos markfosforn, vilket bidrog till en minskning av DRPförlusten genom dräneringen med 15%. Även inverkan av lutningsklass testades. En ökning från låg (medellutning 1,43%) till medium (medellutning 2,57%) lutningsklass påverkade avrinningen främst genom att fördelningen mellan ytavrinning och flöden i makropor respektive mikroporregionen. Detta i sin tur medförde stora omfördelningar av P-flödena mellan yt- och dräneringsförluster respektive PP och DRP (Tabell 6). Däremot hade ändringen av lutningsklass endast minimal påverkan på de totala förlusterna; +0,7% för total avrinning och +0,4% för total P-förlust. I dessa beräkningar är inte någon reduktion av ytförlusterna för att kompensera för fastläggning i zonen mellan fältkant och vattendrag pålagd. I PLC5-beräkningarna användes en generell reduktionsfaktor på 55% för ytförlusterna, och vid ett sådant förfarande blir fördelningen mellan yt- och perkolationsflöden av större betydelse för den totala förlusten än vad som visats här.

2000 1500 mm 1000 Mätning Standardloam 5O-loam 500 0 99-01-01 99-04-01 99-07-01 99-10-01 00-01-01 00-04-01 00-07-01 00-10-01 01-01-01 01-04-01 01-07-01 01-10-01 02-01-01 02-04-01 02-07-01 02-10-01 03-01-01 03-04-01 03-07-01 03-10-01 04-01-01 04-04-01 04-07-01 04-10-01 05-01-01 05-04-01 Figur 7. Ackumulerad avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 5O i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1999-31 december 2005. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för loam och 5O är platsspecifik parameterisering.

15 12 9 6 3 0 1999-01-01 1999-03-01 1999-05-01 1999-07-01 1999-09-01 1999-11-01 2000-01-01 2000-03-01 2000-05-01 2000-07-01 2000-09-01 2000-11-01 2001-01-01 2001-03-01 2001-05-01 2001-07-01 2001-09-01 2001-11-01 2002-01-01 2002-03-01 2002-05-01 2002-07-01 2002-09-01 2002-11-01 2003-01-01 2003-03-01 2003-05-01 2003-07-01 2003-09-01 2003-11-01 2004-01-01 2004-03-01 2004-05-01 2004-07-01 2004-09-01 2004-11-01 2005-01-01 2005-03-01 mm 2005-05-01 2005-07-01 2005-09-01 2005-11-01 Mätning Standardloam 5O-loam Figur 8. Daglig avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 5O i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1999-31 december 2005.. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för loam och 5O är platsspecifik parameterisering.

2.5 2.0 1.5 kg/ha Mätning Standardloam 5O-loam 1.0 0.5 0.0 99-01-01 99-04-01 99-07-01 99-10-01 00-01-01 00-04-01 00-07-01 00-10-01 01-01-01 01-04-01 01-07-01 01-10-01 02-01-01 02-04-01 02-07-01 02-10-01 03-01-01 03-04-01 03-07-01 03-10-01 04-01-01 04-04-01 04-07-01 04-10-01 05-01-01 05-04-01 05-07-01 05-10-01 Figur 9. Ackumulerad avrinningsförlust av total-p, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 5O i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1999-31 december 2005.. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för loam och 5O är platsspecifik parameterisering. 0.7 0.6 0.5 kg/ha 0.4 0.3 Mätning Standardloam 5O-loam 0.2 0.1 0.0 99-01-01 99-04-01 99-07-01 99-10-01 00-01-01 00-04-01 00-07-01 00-10-01 01-01-01 01-04-01 01-07-01 01-10-01 02-01-01 02-04-01 02-07-01 02-10-01 03-01-01 03-04-01 03-07-01 03-10-01 04-01-01 04-04-01 04-07-01 04-10-01 05-01-01 05-04-01 05-07-01 05-10-01 Figur 10. Ackumulerad avrinningsförlust av löst P (DRP), uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 5O i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1999-31 december 2005.. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för loam och 5O är platsspecifik parameterisering.

Tabell 6. Förluster vid standardparametersiering och effekten av olika parametersättningar på beräkningarna av transport av vatten och fosfor i observationsfältet 5O under perioden 1 januari 1999 31 december 2005. Beräknade resultat med parameterisering i enlighet med uppmätta fältdata jämförs med resultat beräknade med en standardparameterisering som är den parametersättning för jordarten loam som använts vid PLC5-beräkningarna (Johnsson m.fl., 2008). Negativa värden betyder att parameterisering enligt fältdata givit ett lägre simulerat flöde än då standardparameterisering användes. Avrinning (mm) Förluster med standardparameterisering P-flöden (kg/ha) Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loam 1008 54 38 916 2,17 0,45 0,54 1,18 0,15 0,30 Avrinning Förändring (%) P-flöden Parameter: Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loam Lerhalt -0,5-0,2 <-0,1-0,5-16 -7 +0,7-26 +7-15 Sandhalt -0.1 <-0,1 <0.1-0,1 <-0.1 <-0.1-0.2 <-0.1 <-0.1 <-0.1 Organiskt material - - - - -0,3 <+0,1-1.4 <-0,1 <+0,1 <+0,1 Vissningsgräns +1 +10-27 +2-11 -2 +10-25 +10-9 Kompaktdensitet - - - - <-0,1 <-0,1 <-0,1 - <-0,1 <-0,1 ph - - - - -0.9-5 <+0,1 <+0,1-5 -5 Alla parametrar -13-3 -2-15 -5 +13 +10-13 +14 +13 Lutningsklass a +0,7 +17-28 +0,9 +0,4-12 +109-44 +20-28 a Ändring av lutningsklass från låg lutningsklass (standardparameteriseringen; medellutning 1,43% ) till medium (standardparameterisering; medellutning 2,57%).

Observationsfält 12N Observationsfältet 12N testades för perioden 1 januari 1995-31 december 2003. Den ackumulerade nederbörden för perioden uppgick till 7385 mm och den ackumulerade uppmätta avrinningen till 3430 mm. Den ackumulerade förlusten av total-p uppgick till 0,72 kg/ha och av PO 4 -P (DRP) till 0,16 kg/ha. Fältet 12N har en jordartssammansättning som motsvarar sandy loam i de översta 20 cm, loamy sand mellan 20 och 60 cm djup och därunder sand. I denna studie testades standardparameteriseringarna för sandy loam och loamy sand. Avrinningen underskattades med båda standardparameteriseringarna (Figur 11). Avrinningen för sandy loam beräknades till 2728 mm, det vill säga en underskattning med 20%. Avrinningen för loamy sand blev 3083, det vill säga en underskattning med 10%. Dynamiken i flödena simulerades bra, men pikflödena kunde inte återges (Figur 12). För beräkningarna av P-förluster överskattade modellen total-p kraftigt för både sandy loam (1,63 kg/ha; +126%) och loamy sand (1,38 kg/ha; +92%) (Figur 13). Överskattningen av DRP var ännu kraftigare för både sandy loam (0,86 kg/ha; +437%) och loamy sand (0,99 kg/ha; +519%) (Figur 14). 3500 3000 2500 mm 2000 1500 Mätning Standard loamy sand Standard sandy loam 12N-loamy sand 12N-sandy loam 1000 500 0 1995-01-01 1995-05-01 1995-09-01 1996-01-01 1996-05-01 1996-09-01 1997-01-01 1997-05-01 1997-09-01 1998-01-01 1998-05-01 1998-09-01 1999-01-01 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 2002-09-01 2003-01-01 2003-05-01 2003-09-01 Figur 11. Ackumulerad avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 12N i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1995-31 december 2003. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 12N är platsspecifik parameterisering.

15 12 9 6 3 0 1995-01-01 1995-04-01 1995-07-01 1995-10-01 1996-01-01 1996-04-01 1996-07-01 1996-10-01 1997-01-01 1997-04-01 1997-07-01 1997-10-01 1998-01-01 1998-04-01 1998-07-01 1998-10-01 1999-01-01 1999-04-01 1999-07-01 1999-10-01 2000-01-01 2000-04-01 2000-07-01 2000-10-01 2001-01-01 2001-04-01 2001-07-01 2001-10-01 2002-01-01 2002-04-01 2002-07-01 2002-10-01 2003-01-01 mm 2003-04-01 2003-07-01 2003-10-01 Mätning-avrinning Standard loamy sand Standard sandy loam 12N-loamy sand 12N-sandy loam Figur 12. Daglig avrinning, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 12N i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1995-31 december 2003. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 12N är platsspecifik parameterisering.

1.2 1.0 0.8 kg/ha 0.6 Mätdata Standard loamy sand Standard sandy loam 12N-loamy sand 12N-sandy loam 0.4 0.2 0.0 1995-01-01 1995-05-01 1995-09-01 1996-01-01 1996-05-01 1996-09-01 1997-01-01 1997-05-01 1997-09-01 1998-01-01 1998-05-01 1998-09-01 1999-01-01 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 2002-09-01 2003-01-01 2003-05-01 2003-09-01 Figur 13. Ackumulerad avrinningsförlust av total-p, uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 12N i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1995-31 december 2003. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 12N är platsspecifik parameterisering. 1.2 1.0 0.8 kg/ha 0.6 Mätdata Standard loamy sand Standard sandy loam 12N-loamy sand 12N-sandy loam 0.4 0.2 0.0 1995-01-01 1995-05-01 1995-09-01 1996-01-01 1996-05-01 1996-09-01 1997-01-01 1997-05-01 1997-09-01 1998-01-01 1998-05-01 1998-09-01 1999-01-01 1999-05-01 1999-09-01 2000-01-01 2000-05-01 2000-09-01 2001-01-01 2001-05-01 2001-09-01 2002-01-01 2002-05-01 2002-09-01 2003-01-01 2003-05-01 2003-09-01 Figur 14. Ackumulerad avrinningsförlust av löst P (DRP), uppmätt och simulerad med ICECREAMDB med olika varianter av parametersättningar, för observationsfältet 12N i miljöövervakningsprogrammet Observationsfält på åkermark under perioden 1 januari 1995-31 december 2003. Standardparametersättningen är den som användes i PLC5-beräkningarna för respektive jordart och 12N är platsspecifik parameterisering.

När parameteriseringen ändrades efter fältdata (Tabell 4) underskattades den totala avrinningen ytterligare (Figur 11) liksom P-förlusterna ytterligare överskattades (Figur 13 och 14). Parametersättningen av WP och lerhalten medförde störst procentuella förändringar av de olika flödena (Tabell 7). Det lägre värdet på WP jämfört med standardparameteriseringarna medförde att markens lagringskapacitet för vatten ökade och därmed minskade avrinningen. Den lägre lerhalten under matjorden jämfört med standardparameteriseringarna medförde att förlusten av DRP genom dränering ökade. För loamy sand innebar parameteriseringen enligt fältdata att lerhalten i matjorden ökade något, vilket medförde ökad bindning av P och DRP i ytavrinningen minskade.

Tabell 7. Förluster vid standardparametersiering och effekten av olika parametersättningar på beräkningarna av transport av vatten och fosfor i observationsfältet 12N under perioden 1 januari 1995 31 december 2003. Beräknade resultat med parameterisering i enlighet med uppmätta fältdata jämförs med resultat beräknade med en standardparameterisering som är den parametersättning för jordarterna loamy sand respektive sandy loam som använts vid PLC5-beräkningarna (Johnsson m.fl., 2008). Negativa värden betyder att parameterisering enligt fältdata givit ett lägre simulerat flöde än då standardparameterisering användes. Procentuell förändring i flöden för vatten, löst P (löst reaktivt PO 4-P; DRP) respektive partikulärt P (PP) totalt och i ytavrinning och flöden i makropor- och mikroporregionen redovisas. Avrinning (mm) Förluster med standardparameterisering P-flöden (kg/ha) Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loamy sand 3083 59 0 3024 1,38 0,99 0,39 0 0,18 0,81 Sandy loam 2728 79 0,2 2650 1,62 0,86 0,76 0,008 0,22 0,64 Avrinning Förändring (%) P-flöden Parameter: Total Yta Makropor Mikropor Tot-P Tot-DRP PP yta PP makro DRP yta DRP makro+mikro Loamy sand Lerhalt +0,8 <+0,1 - +0,8 +7 +9-0,5 - -7 +13 Sandhalt a -2-0,2 - -2-3 -2-4 - -0,2-2 Organiskt material - - - - +0,2 <-0,1 +0,6 - -0,1 - Vissningsgräns -4 +5 - -5-0,6-3 +5 - +4-5 Kompaktdensitet - - - - <-0,1 <-0,1 <-0,1 - <-0,1 <-0,1 Alla parametrar -6 +4 - -6 +3 +3 +1 - -3 +5 Sandy loam Lerhalt - - - - +10 +18 <+0,1 <+0,1 <+0,1 +24 Sandhalt a +1 +0,3-1 +2 +2 +1 +4-1 +0,3 +1 Organiskt material - - - - +0,4 <-0,1 +0,8 - <-0,1 <-0,1 Vissningsgräns -8-1 -100-8 +5-6 +18-100 +2-8 Kompaktdensitet - - - - <-0,1 <-0,1 <-0,1 - <-0,1 <-0,1 Alla parametrar -6-0,4-100 -6 +18 +13 +25-100 +2 +16

Diskussion Överlag fungerade standardparameteriseringarna relativt bra för vattensimuleringarna, särskilt när det gäller tidsdynamiken. Simuleringarna återgav i stort sett mätvärdena för när flödestopparna börjar och slutar, men inte på något fält lyckades modellen återge pikflödena i flödestopparna. Den ackumulerade avrinningen underskattades i fyra av de fem olika körningarna med standardparameterisering som testades. Den totala avrinningen beräknades inom intervallet -35% till +9% jämfört med uppmätt avrinning. Då makroporflöde simulerades återgavs de uppmätta flödespikarna bättre än då inget makroporflöde simulerades. Å andra sidan underskattades den ackumulerade avrinningen mer då makroporflöde simulerades. Ytterligare kalibreringar av förhållandet mellan olika flödesvägar behöver göras för att testa om det går att förbättra återgivningen av pikflödena samtidigt som totala flödestopparna kan återges. Tvärt om mot vattenberäkningarna så överskattades förlusten av total-p och DRP för fyra av de fem standardparametersättningarna. Skillnaden mellan simulerade och uppmätta värden för P-förlusterna var också större än för avrinningen. Förlusten av tot-p beräknades inom intervallet -25% - +300% (mellan -0,20 och +1,94 kg/ha) och för DRP inom intervallet -25% - +519% (mellan -0,15 och +0,83 kg/ha) jämfört med mätdata. De mätdata som använts i den här studien har inte korrigerats för att kompensera för icke flödesproportionell provtagning. Flödesproportionella mätningar skulle antagligen ha inneburit högre uppmätta förluster av P i jordar med makroporflöde. I de jämförelser med mätdata som gjordes vid PLC5-beräkningarna korrigerades P-koncentrationerna i avrinningsvattnet med en faktor som varierade från observationsfält till observationsfält beroende på jordart och förväntad förekomst av makroporer (Johnsson m.fl., 2008). I denna studie har vi valt att inte använda korrektionsfaktorn eftersom den skulle tillföra ytterligare en osäkerhetsfaktor i vår test. Om vi använt samma korrektionsfaktorer som i PLC5-beräkningarna skulle ändå de simulerade förlusterna av total-p överskattats med mellan 50-180% i fyra av de fem testerna gjorda här. Särskilt på jordarna med loam var den simulerade förlusten av PP stor. I mätningarna från fälten fanns inte specifikt partikulärt P uppmätt. Men om simulerat PP jämfördes med uppmätt övrigt P, dvs total-p minus PO 4 -P, överskattades PP med över 360% (2,17 kg/ha jämfört med uppmätta 0,47 kg/ha) för fältet 2M och med över 350% (1,72 kg/ha jämfört med uppmätta 0,38 kg/ha) för fältet 5O med loam parameteriseringen. 83% (fältet 2M) respektive 69% (fältet 5O) av de simulerade PP-förlusterna skedde genom makroporflöde (Tabell 5 och 6). Avrinningen genom makroporerna motsvarade 8% (fältet 2M) respektive 4% (fältet 5O) av den totala simulerade avrinningen. Vid simulering av de lättare jordarterna loamy sand och sandy loam var makroporflödet av både vatten och P försumbart eller förekom inte alls. Utan makroporflöde underskattades simulerad PP-förlust i två av tre simuleringar. Med tanke på att jordarterna loam och sandy loam är så vanligt förekom-

mande i Sverige och att de ger så stor skillnad i simulerade resultat är det viktigt att fortsätta förfina parameteriseringen för dessa jordarter vad gäller partikelgenerering och förlust av partikulärt P. Numera mäts även PP-förlusten separat på observationsfälten vilket kommer att ge bättre möjligheter att testa den här delen av modellen i framtiden. Vid anpassning till fältspecifik parameterisering hade parametrar kopplade till vattenlagringskapaciteten i marken, dvs porositet, fältkapacitet och vissningsgräns, störst betydelse för avrinningsberäkningarna. Förändringarna av vattenflödena ledde i sin tur till förändringar i P-flödena (Tabell 5-7). Parameteriseringen av lerhalten påverkade både förlusterna av PP och DRP. Om lerhalten ökar i ytan, ökar också den maximala partikelpoolen för makroporflöde i modellen och därmed den möjliga partikeltransporten i makroporerna. DRP påverkas genom att lerhalten ingår i de jämviktsekvationer som styr fördelningen av P mellan markens mineralpooler och lösligheten av P från dessa pooler. En ökning av lerhalten minskade förlusten av DRP och vise versa (Tabell 2-4 och 5-7). Parameteriseringen av ph hade stor inverkan på förlusten av DRP eftersom ph påverkar flödena av P mellan markens mineralpooler. En sänkning av ph från 6,5 till 6,3 minskade förlusten av DRP med 5% medan en höjning av ph från 6,5 till 7,2-7,6 ökade förlusten av DRP med 24%, båda resultaten för loam. Men i båda fallen innebar förändringen att P- beräkningen försämrades. Resultaten från det här arbetet visar tydligt på ICECREAMDB-modellens komplexitet där många parametrar på olika sätt samtidigt påverkar flera processer. Det gör parameteriseringsarbetet komplicerat, men fördelen med att använda en mer komplex, processbaserad modell är att förklaringsgraden ökar markant, vilket är viktigt när man vill förstå systemet. Det är angeläget att fortsätta testa alla de standardparameteriseringar för olika jordarter som använts vid PLC5-beräkningarna. Genom att testa simuleringsresultaten mot mätdata från observationsfält och övriga försöksfält får man en uppfattning om generaliteten i parameteriseringarna. Genom att även testa parameteriseringar som gjorts efter mer specifik fältdata får man en uppfattning om känsligheten i olika parametrar och kan därmed bättre ta hänsyn till denna känslighet vid beräkningar på regional nivå. Det här presenterade arbetet var en inledande test av några av de standardparameteriseringar som användes i PLC5. En fortsatt studie, finansierad inom ramen för SLUs fortlöpande miljöanalysarbete kommer att ske för att även täcka in fler jordarter och också större regionala skillnader vad gäller klimatfaktorerna. Det här inledande arbetet visade att simuleringarna av tidsdynamiken för vattenflödet fungerar på ett tillfredsställande sätt för de jordarter som testats här. Däremot kunde inte flödenas storlek återges, vilket vi kommer att arbeta vidare med i den fortsatta studien. Beräkningarna av P-förlusterna var inte tillfredsställande, och visade på ett fortsatt behov av att utveckla beräkningarna. Resultaten styrker de ambitioner som finns att se över beskrivningen av P-kemin i ICECREAMDB-modellen (SMED-