Hur ska man välja en fånggröda för fosfor? Standard: Lätt att etablera Stor förmåga att ta upp och lagra fosfor I biomassan I vårt kalla klimat: Minsta möjliga förlust från biomassan efter upprepade cykler med frysning-tining (FTCs).
Kumulativ extrah. P, % DM 1. Vatten-extraherbar fosfor efter upprepad frysning-tining av fånggröda som odlats i växthus 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Rötter y = 12.8x - 0.5 R² = 0.87, p = 0.002 y = 29.1x - 5.4 R² = 0.86, p = 0.006 Skott 7 olika fånggrödor 4 uppreningar av Frysning: -18 C, 10 tim. Tining: 18 C, 10 tim. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Total-P koncentration, % DM (Liu et al., submitted) Fosforförluster från skott och rötter är korrelerad med resp. fosforkoncentration i biomassan. Nästan all fosfor i både skotten och rötterna kan läcka efter frysning-tining.
2. Läckagestudier i laboratoriet med jordkolonner från försöksplatser En treårs studie (2009-2012) med 8 fånggrödor på tre olika platser med lerjord (ung. 45% lera) Perenna arter som sås i början av maj Ettåriga arter som sås in efter huvud-grödan I mitten av augusti Vår Höst Lysimeterprovtagning för laboratoriestudier Fosfor i jord och växt Fånggröda Överlevnad
Fleråriga fånggrödor som testats Perenn rajgräs (Lolium perenne L.) Hundäxing (Dactylis glomerata L.) Cikoria (Cichorium intybus L.) Rödklöver (Trifolium pratense L.)
Ettåriga fånggrödor som testats Oljerättika (Raphanus sativus L. var. Oleiformis) Strukturator (Raphanus sativus L. var. Longipinnatus) Vitsenap (Sinapis alba L.) Honungsört (Phacelia tanacetifolia L.)
Temp. C Försöksplatsernas vintertemperatur Dygnstemperatur oktober-mars 2007-2012 Lanna Linnés Hammarby Brunnby 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 Antalet frysning-tiningscykler 14 14 6 15 13 2007/2008 2008/2009 2009/2010 2010/2011 2011/2012 (Data compiled from http://www.slu.se/faltforsk)
Observationer i fält 2010.10.29 2011.04.05 Överlevnad på våren (%) Perenna Överlevnad Ettåriga Överlevnad Rajgräs 76 Oljerättika 0 Hundäxing 76 Strukturator 0 Cikoria 55 Vitsenap 0 Rödklöver 69 Honungsört 0 (Liu et al., opublicerade data) Perenna Ettåriga
Läckage före och efter frysning-tining Provtagning i fält Regnsimulering i laboratoriet Sju cykler med frysning-tining: Frysning: -18 C, 12 tim; Tining: 18 C, 12 tim.; Regn 10 mm tim -1 : 70 mm före och 70 mm efter frysning-tining, med 10 mm tim -1 ; Analys av olika fosforformer i läckagevattnet
Fosforinnehåll i skotten hos fånggrödan kg ha -1 Brunnby Linnés H. I Linnés H. II Lanna 2009 2010 2011 2009-2011 Perenna Rajgräs 3.5 6.2 2.8 1.5 Hundäxing 4.1 4.9 3.9 1.0 Cikoria 2.2 7.7 2.6 0.4 Rödklöver 4.1 1.5 0.6 Medelvärde 3.3 5.7 2.7 0.9 Ettåriga Oljerättika 3.4 5.6 4.6 1.2 Strukturator 2.7 7.2 5.0 1.2 Vitsenap 6.0 4.1 0.6 Honungsört 5.1 1.8 Medelvärde 3.7 6.2 4.6 1.2 Fosforstatus P-AL (mg kg -1 ): 42 142 51 38 Ettåriga arter tog upp mer fosfor i grönmassan än fleråriga. Inga systematiska skillnader mellan olika arter under för olika ställen/olika år, men störst fosforupptag i jordar med mest fosforinnehåll. (Liu et al., opublicerade data)
Preliminära slutsattser I den här studien minskade inte fånggrödan fosforläckaget före frysning tining. Fosforläckaget ökade efter frysning-tining, men med stor variation mellan år och mellan arter. De vanligaste fånggrödorna engelskt rajgräs (flerårig) och oljerättika (ettårig) tenderade att läcka mer fosfor än andra testade arter efter exponering för frost. Cikoria hade lågt fosforläckage både före och efter frysning och verkade vara en lovande fånggröda för fosfor.
20 cm 120 cm Potentiellt fosforläckage vid olika fosforstatus och efter stallgödsling Munstycke Jordkolonner Matjordslysimetrar 20 cm Photo: Annika Svanbäck Botten Annika.Svanback@slu.se Glasflaskor för att samla läckagevatten
DRP (mg l -1 ) Potentiellt fosforläckage från matjorden 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 Nivå Fosforgödsling 0,5 A A Noll P 0,4 0,3 C C Ersättning + 15 eller 20 kg P/ha 0,2 0,1 0,0 Fj Ek Bj Hö Kl Nivå Fosforgödsling P-AL P-AL 2,1 3,0 1,9 2,4 2,8 12,2 13,7 7,9 8,2 10,8 A C Noll P Ersättning + 15 eller 20 kg P/ha Skåne Vgötland Östergötland
Potentiellt fosforläckage från matjorden med olika fosforstatus Odlingssystem med inslag av stallgödsel 2,50 2,00 1,50 2,50 2,00 1,50 Odlingssystem helt utan stallgödsel Fjärdingslöv sandy loam Ekebo loam Bjertorp silty clay loam Högåsa loamy sand Klostergården silty clay loam 1,00 1,00 Löst reaktiv DRP (mg l-1 ) 0,50 0,50 0,00 0,00 0 10 20 0 10 20 P-AL (mg 100g -1 ) P-AL (mg 100g -1 ) (Svanbäck et al., submitted to JEQ)
Increase of DRP (mg l -1 ) Potentiellt fosforläckage efter stallgödsling (+ tre veckors stabilisering) 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 Fjärdingslöv sandy loam Ekebo loam Bjertorp silty clay loam Högåsa loamy sand Klostergården silty clay loam 1,00 0,50 0,00-0,50 0 5 10 15 20 25 P-AL (mg 100g -1 ) (Svanbäck et al., submitted to JEQ)
Slutsatser: Risken för fosforläckage ökar vid hög fosforstatus. Tydliga skillnader i P-läckage mellan jordar trots samma gödsling. Jordar med hög historisk gödsling har därmed högre risk för stora fosforläckage. Ökningen i läckagerisken efter stallgödsling beror i många fall också på fosforstatusen i jorden.
Potentiellt läckage från en f.d. minkfarm Ulén m.fl. s J Plant. Nutr. Soil Sci.
Skiktning i matjorden (~ dubbelt så hög fosforstatus i översta skiktet) Skikt -------------- Plats------------ Soil parameter P-AL låg P-AL hög P-Al mkt hög P-AL (mg 100 g jord -1 ) 0-5 5,9 12,9 61,5 P-AL (mg kg soil -1 ) 5-15 2,8 8,4 33,9 Lera (%) 62 60 52 Sand och grus (> 0.6 mm) (%) 1 1 10 Ulén m.fl. s J Plant. Nutr. Soil Sci.
DRP (mg L -1 ) Fosforhalter före och efter att översta matjordskiktet tagits bort 2,5 2,0 1,5 Övre skiktet svarar för 75% av det potentiella läckaget 1,0-5cm DRP 0,5 0,0 0 200 400 600 800 1000 P-AL (mg kg -1 ) Ulén m.fl. s J Plant. Nutr. Soil Sci.
Uppgödsling/engångsgiva Dubbelt så hög risk från historisk uppgödsling med minkgödsel Jämfört med engångsgiva med flytgödsel motsvarande maximala djurtätheten Ulén m.fl. s J Plant. Nutr. Soil Sci.
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Fosfordammar Foto: Pia Kynkäänniemi aug 2012
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Fosfordammar - Dimensionering Små dammar: 0.1 0.5 % av tillrinningsområdet (enligt Jordbruksverket) Högt upp i tillrinningsområdet Mindre mängd vatten Högre fosforkoncentration Dimensioneras vattenflödet Västra Sverige avrinning 500mm/år Östra Sverige 200mm/år
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Långsmal Vattnet sprids jämnt i dammen Fosfordammar - Utformning Länd:bredd-förhållande < 2:1 (gärna 3-4:1) Underlättar att gräva ur sediment Kriterier för stöd Utlopp Djupdel närmast inloppet, följt av grundare Vegetationsdel Inlopp
Djupdel Fosfordammar I. Minskar vattenhastigheten Partiklar och fosfor sjunker till botten II. Mycket sediment ackumuleras närmast inloppet Andra delar fylls inte Vegetationsdel III. Stabilisering av sediment mindre mängd sediment som rörs upp från botten. IV. Kväveavskiljning Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken V. Ökat vattenmagasin minskar översvämning VI. Ökad biologisk mångfald: fler vattenväxter och groddjur
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Grävning Torr mark Sensommar-hösten (fåglarnas häckningssäsong avslutad) Tjälad mark Måste justeras följande sommar då den tinade marken sjunker ihop Ta bort näringsrika matjorden annars läcker dammen fosfor Schaktmassorna läggs ut på åkern Höja omgivande låglänt åkermark Befintliga dikesfåran grävs igen jämn botten (inga kanaler där vattnet flödar snabbare) Foto: Pia Kynkäänniemi aug 2009
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Fosfordammar - Skötsel Kontrollera in- & utlopp rensas så det inte sätts igen och dämmer uppströms Viktigt kontrollera vid slutbesiktningen att de håller och att erosionsskydd finns! Djupet på dammen gräva ur djupdelen återföra näringsrika sedimentet till åkrarna återvinna fosforn Vegetationsskötsel slå av växterna på stränderna Viktigt sköts viktigt med skötselersättning!
Norska råd: >0.1% av tillrinningsområdet Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Svenska erfarenheter Bergaholm Fosfordamm Anlades 2009 Verkliga ytan: 835m 2 Andra förhållanden i Sverige: Kolloidal lera Dräneringskulvert Beräkning av dammens yta: 0.3% av tillrinningsområdet 300 000 x 0.003 = 900 m 2 Tillrinningsområde: 30ha (300 000m 2 ) Styv lera Hög TP halt (0.5 mg/l)
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Bergaholm Fosfordamm Beräkning av Djupdelens yta: (20-30% av ytan) 0.3 x 835 = 251m 2 Långsmal Hydrauliskt effektiv Gräva ur sediment Dammytan: 835m 2 Inlopp Böjd: Verkliga ytan blev: 235 m 2 Längre damm Mindre mark tas i anspråk Utlopp Dimensionering av inloppet: Högsta flödet antogs vara 6 L/s, ha 6 x 30 = 180 L/s Djupdel (1m ) Maxflödet kan fås från SMHI Vegetationsdel (0.3m )
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Nybble fosfordamm 2011 Nybble 2011 0.12 ha (0.3 %) Öppet dike Djupdel (1m ) Vegetationsdel (0.3m ) Foto: Pia Kynkäänniemi 2011 P filter
Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Sediment undersökning Platta Netto (1 år) Fälla Brutto 4 månader FP in FP out Foto: Pia Kynkäänniemi August 2012
Netto Sedimentation d.w. (g/cm 2 /år) Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Sediment undersökning % 2,5 2,0 Plates Aug 2009-2010 Plates Aug 2010-2011 1,5 Vegetationsdel 1,0 0,5 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 Transekt Gradient Inlopp utlopp & mer ackumuleras andra året. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Clay Fine silt Medium Coarse silt silt Fine sand Medium Coarse sand sand Photo: Pia Kynkäänniemi September 2009
Kynkäänniemi et al. Submitted JEQ Fånga Fosforn Dammar, filter & tvåstegsdiken Total P År 1 År 2 Fosforavskiljning Förbättrad fosforavskiljning andra året Även hög kväve avskiljning Medel Löst P Partikulärt P Belastning (kg/ha, år) 192 194 193 83036 1281 Avskiljning (kg/ha, år) 54 84 69 17 46 29663 322 (% av belastning) 28% 43% 36% 9% 24% 36% 25% TSS TN Beräkning av flödet (Q): Årsmedelavrinning 200mm 0.2 x 300 000/365 = 164 m 3 /dygn Beräkning av Hydraulisk belastning: Q/A damm = 164/835 = 0.19 m/dygn Norge: >3 ggr högre hydraulisk belastning ändå avskiljning >30%. Kombination med jordarten! 0.3% har fungerat i östra Sverige Väst lerjord: behövs större damm? Väst lättare jord: mindre damm?
STRUKTURKALKNING Vid Bornsjön bildar den marina lerjorden sprickor och pelarsalar
Strukturkalkning Foto: Dennis Wiström Strukturkalken bör spridas med precision och måste kultiveras ner inom 1 2 dygn efter genomförd spridning. Anledningen är att strukturkalk är extremt reaktiv och reagerar under detta tidsintervall. Väntar man med kultiveringen uteblir effekten. Strukturkalkning vid Ölme prästgård 110915. Foto: Johanna Bengtson Foto: Pelle Johansson
Led Behandling Läckage fosfor-kväve fyra år kg ha -1 o år Löst reaktiv fosfor -1 Partikel fosfor Nitrat kväve A Plöjning Radmyllning av P 0,11 0,56 20 2 B Plöjning Ingen P gödsling 0,11 0,56 20 2 D Grund kultivering Radmyllning av P 0,11 0,76 16 2 Organiskt kväve E Grund kultivering Bredspridning av P 0,11 0,76 16 2 C Strukturkalkning Radmyllning av P 0,11 0,36** 23 2 F Ogödslad träda Efter insådd år 2 0,14 0,47 3** 3 ** Signifikant mindre partikelfosfor än från behandling A, B, D, E
HUR RÖR SIG OLIKA ÄMNEN GENOM MARKEN? Bekämpningsmedlens läckagerisk baserad på deras egenskaper * Substans Risk- Uppmätt index förlust** Bentazon 2,30 0,70 % MCPA 2,94 0,14 % Fluroxypyr 0 0,22 % Klopyralid 5,06 1,62 % Glyfosat -0,49 0,15 % Tifensulfuronmetyl 1,53 0 Tribenuronmetyl 2,88 0 *Adsorptionsförmåga, nedbrytning från Pesticide Properties Database (PPDB, 2010) ** I relation till dosen
HUR RÖR SIG OLIKA ÄMNEN GENOM MARKEN? Bekämpningsmedlens läckagerisk baserad på deras egenskaper * Substans Risk- Uppmätt index förlust** Bentazon 2,30 0,70 % MCPA 2,94 0,14 % Fluroxypyr 0 0,22 % Klopyralid 5,06 1,62 % Glyfosat -0,49 0,15 % Tifensulfuronmetyl 1,53 0 Tribenuronmetyl 2,88 0 *Adsorptionsförmåga, nedbrytning från Pesticide Properties Database (PPDB, 2010) ** I relation till dosen Kritiska preferensflöde genom markens porer och sprickor
Samma rumsliga mönster med bekämpningsmedel och med fosfor Mängden glyfosat/ mängden fosfor TotGly (g ha -1 ) 3,0 2,5 2,0 50 40 30 Halten bentazon halten partikelbunden fosfor Bentazon (µg L -1 ) 1,5 1,0 0,5 0,0 XXHHH r 2 = 0.88 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Totalfosfor (kg ha -1 ) 20 10 0 r 2 =0.81 0,00 0,10 0,20 0,30 Partikelfosfor (mg L -1 ) Indikation att fosforn kommer från matjorden (liksom bekämpningsmedlen)
Fysikaliska strukturförändringar vid strukturkalkning Dispergerad ler mätt som relativ turbiditet I matjorden från (A) konventionellt plöjd (C) strukturkalkad och (D) grunt kultiverade rutor. Jorden provtogs september 2010, tre år efter strukturkalkning.
Strukturkalkning Strukturkalkning med släckt kalk Viad sept 2011 PP (mg/l) 0,20 0,15 PP okalkad PP kalkad DRP (mg/l) 0,20 0,15 DRP okalkad DRP kalkad 0,10 0,10 0,05 0,05 0,00 dec-11jan-12mar-12maj-12jun-12aug-12 0,00 dec-11 jan-12 mar-12maj-12 jun-12 aug-12 P-AL tal 15 mg /100 g jord Inte bara struktureffekt?
Att underhålla dräneringen Gustav Vasa, påbjöd 1559: Fogde skall hålla dikessyn, eljest högsta ogunst och vrede". 1. Rensning av öppna diken. 2. Täckdikning. Täckdikningen kan kompletteras med 3. Tubulering. Mullvadsdiken med fall vinkelrätt mot täckdikena. Fungerar 4-7 år 4. Slitsdränering. För att snabbt leda bort yt- och överskottsvatten ur matjorden Om vattengenomsläpplighet i alven understiger 0,1 m/s i alven. Luckra upp jorden i allmänhet. 1. Öka mullhaltsökning i markytan 2. Alvluckring. 3. Vallodling.