Läckage av näringsämnen från svensk åkermark

Efter den 1 juli 2011 ansvarar Havs- och vattenmyndigheten för denna publikation. Telefon 010-698 60 00 publikationer@havochvatten.se www.havochvatten.se/publikationer Läckage av näringsämnen från svensk åkermark Beräkningar av normalläckage av kväve och fosfor för 1995 och 2005 rapport 5823 november 2008

Läckage av näringsämnen från svensk åkermark Beräkningar av normalläckage av kväve och fosfor för 1995 och 2005 Holger Johnsson Martin Larsson Anders Lindsjö Kristina Mårtensson Kristian Persson Gunnar Torstensson SLU NATURVÅRDSVERKET

Beställningar Ordertel: 08-505 933 40 Orderfax: 08-505 933 99 E-post: natur@cm.se Postadress: CM Gruppen AB, Box 110 93, 161 11 Bromma Internet: www.naturvardsverket.se/bokhandeln Naturvårdsverket Tel: 08-698 10 00, fax: 08-20 29 25 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, SE-106 48 Stockholm Internet: www.naturvardsverket.se ISBN 978-91-620-5823-4.pdf ISSN 0282-7298 Elektronisk publikation Tryck: CM Gruppen AB Omslag: Naturvårdsverket, bild/illustration: Kersti Linderholm och Maria Fanth samt Lennart Gustavsson, Megapix Form: Naturvårdsverket

Förord Naturvårdsverket har uppdragit åt SMED 1 (SvenskaMiljöEmissionsData) att beräkna den totala näringsbelastningen från Sverige till omgivande hav för år 1995 och 2005/2006. Läckaget av kväve och fosfor från åkermark har därvid kvantifierats i samband med uppföljning och fördjupad utvärdering av miljökvalitetsmålet Ingen övergödning, som Naturvårdsverket genomförde under 2007, samt även i Naturvårdsverkets rapportering till HELCOM PLC5 (The Fifth Pollution Load Compilation) i början av 2008. I denna rapport ges en detaljerad beskrivning av de indata och den metodik som SMED använt för beräkning av läckage från jordbruksmark. Beräkningar har gjorts för normalläckaget i 22 regioner. Beräkningen av läckaget som redovisas i denna rapport är gjord på en grövre skala och med en delvis annan metod än vad som använts för miljömålsuppföljningen och för HELCOM PLC5. Det beräknade samlade rotzonsläckaget av kväve och fosfor för hela Sverige avviker därför något från motsvarande resultat i Naturvårdsverkets rapporter 5815 och 5840. Naturvårdsverket december 2008 Anders Johnson Vikarierande avdelningschef Miljöanalysavdelningen 1 SMED är ett konsortium bestående av SMHI, SCB, IVL Svenska Miljöinstitutet och Sveriges Lantbruksuniversitet. 3

4

Innehåll FÖRORD 3 INNEHÅLL 5 SAMMANFATTNING 7 SUMMARY 9 INLEDNING 11 Beräkning av läckage från jordbruksmark 11 Utveckling av beräkningsmetodiken 12 METOD 14 Beräkningssystemet NLeCCS 14 Växtodlingsgenerering 14 Simulering 15 Koefficientberäkning 15 Modellerna 15 SOILNDB (kväve) 15 ICREAMDB (fosfor) 18 Matrisen 20 Läckageregioner 20 Jordar 22 Grödor 22 Markfosfor 23 Lutning 23 Data och antaganden 23 Beräkningsmetodik 23 Marken kväveberäkningen 29 Marken fosforberäkningen 31 Ytavrinning och lokal hydrologi fosforberäkningen 32 Klimatdata 35 Gödsling, N-fixering och deposition kväveberäkningen 35 Gödsling fosforberäkningen 38 Tidpunkter för jordbearbetning, sådd och skörd 40 Fånggröda och vårbearbetning 41 Skörd - kväveberäkningen 43 5

Grödor och skördar - fosforberäkningen 44 Markfosfor - fosforberäkningen 44 Lutning - fosforberäkningen 45 RESULTAT OCH DISKUSSION 47 Läckagekoefficienter Kväve 47 Regioner och gödslingsformer 47 Grödor och gödslingformer 51 Jordar 53 Gröd- och fånggrödekombinationer 53 Årtal 55 Medelläckage 1995 och 2005 och orsaker till förändringen 59 Läckagekoefficienter - Fosfor 62 Regioner och grödor 63 Jordar 68 Lutning 70 Markfosfor 71 Medelläckage 1995 och 2005 och orsaker till förändringen 72 Jämförelser av vektorer 76 Jämförelse med mätningar 77 REFERENSER 79 APPENDIX 85 Appendix 1. Parametersättning i SOILNDB 86 Appendix 2. Parametersättning i ICECREAMDB 106 Appendix 3. Indata gemensamma för SOILNDB och ICECREAMDB 113 Appendix 4. Indata SOILNDB 125 Appendix 5. Indata till ICECREAMDB 134 Appendix 6. Övrigt resultat m.m. SOILNDB 146 Appendix 7. Övrigt resultat m.m. ICECREAMDB 150 6

Sammanfattning Beräkningar av läckaget av kväve och fosfor från svensk åkermark har gjorts som en del i ett uppdrag med syfte att beräkna den totala närsaltsbelastningen från Sverige till omgivande hav för rapportering till HELCOM 2 (PLC5) och för uppföljning av miljömålet Ingen övergödning. Beräkningen, som har gjorts för åren 1995 och 2005, omfattar hela Sveriges åkerareal och har utförts med hjälp av beräkningssystemet NLeCCS. I NLeCCs, som är ett system för att beräkna normalläckage från åkermark, ingår simulerings-verktygen SOILNDB (baserad på SOIL/SOILN modellerna) för kväve och ICECREAMDB (baserat på ICECREAMmodellen) för fosfor. Sverige har delats upp i 22 läckageregioner, vilka karakteriseras av olika klimat, produktionsinriktning, gödslings- och produktionsnivåer. För varje region har s.k. normalläckage beräknats för ett antal olika kombinationer av grödor (12 st.), jordarter (10 st.) och gödslingsformer (2 st.), lutningar (3 st.) och markfosforklasser (3 st.), de två sistnämnda bara relevanta för fosforberäkningen. Normalläckagen representerar läckaget för ett år med normaliserat klimat och motsvarande normaliserad skörd och har utförts med 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 växtodlingsgenerator varefter medelvärden för läckage för de olika kombinationerna av jordarter, grödor, gödsling, lutning och markfosforklass beräknats. I det beräknande läckaget av kväve har ingått rotzonsutlakning 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. I det beräknande läckaget av fosfor har både rotzonsutlakning av fosfor och förluster av fosfor via ytavrinning ingått. Det framräknade normalläckaget har använts för att ta fram medelläckage och bruttobelastning av kväve och fosfor från åkermark för de olika läckageregionerna. För kväve beräknades medelläckaget för åkermarken i Sverige minska från knappt 21 kg N/ha till drygt 18 kg N/ha, mellan åren 1995 och 2005. Orsaken till förändringen var dels en förändrad grödsammansättning och dels förändringar i odlingen såsom övergång från stubbträda till grönträda, användning av fånggrödor, ökad vårplöjning, förändrade gödslingstidpunkter och förbättrad kväveeffektivitet. Skillnaden i medelläckage mellan de olika regionerna var stor och varierade mellan 5 och 47 kg N/ha för 2005. Lägsta läckaget fanns i skogsbygderna och i regioner med låg avrinning. Medelkoncentrationen var drygt 6 mg N/l och varierade mellan 2 och 11 mg N/l för de olika regionerna. För fosfor beräknades medelläckaget för åkermarken i Sverige minska från 0,54 till 0,52 kg P/ha, mellan åren 1995 och 2005. Viktiga orsaker till förändringen var dels en förändrad grödsammansättning (inberäknat i detta en övergång från 2 Helsingforskommissionen 7

ettåriga stubbträdor till fleråriga grönträdor) och dels att mängden applicerad gödsel minskade från 1995 till 2005. Ytterligare orsaker till minskningen var odling av fånggrödor och anläggning av skyddszoner mot vattendrag och sjöar. Skillnaden i medelläckage mellan de olika regionerna var stor och varierade mellan 0,1 (Öland och Gotland) och 1,3 (Västsvenska dalbygden) kg P/ha för 2005. Lägsta läckaget fanns i regioner med låg avrinning och stor andel lätta jordar. Medelkoncentrationen var 0,17 mg P/l och varierade mellan 0,06 och 0,34 mg P/l för de olika regionerna. 8

Summary Estimating nitrogen and phosphorus leaching losses from arable land in Sweden has been conceived as part of a broader programme. The aim of this programme is to calculate the total nutrient load originating from Sweden that reaches surrounding seas. The estimates have been reported to HELCOM 3 and used for following up the national Zero Eutrophication (Ingen övergödning) environmental objective. Leaching losses from all arable land in Sweden were estimated for 1995 and 2005, using the Nutrient Leaching Coefficient Calculation System (NLeCCS) calculation system. This method of calculating normalised leaching losses from arable land involves using the SOILNDB simulation model (based on the SOIL/SOILN models) for nitrogen and the ICECREAMDB model (based on the ICECREAM model) for phosphorus. To estimate the losses, Sweden was divided into 22 leaching regions with varying climate, agricultural production, fertilisation regimes and production levels. For each region, leaching coefficients were calculated for a number of combinations of crops (13), soil-texture classes (10), fertilisation regimes (2), slope classes (3) and soil-phosphorus classes (3), the latter two being relevant to the phosphorus calculations only. These leaching coefficients represent simulated leaching losses over one year, based on normalised climate and crop yields. To derive normalised values, 20-year meteorological data series were combined with figures for standard yields, fertilisation, manure application and crop distribution. Crop sequences were obtained by means of a crop-management generator, and leaching rates were then calculated for the various combinations of soils, crops, fertilisation, slopes and soil-phosphorus content. Estimated nitrogen-leaching losses represent root-zone leaching, i.e. nitrogen that has passed through the root zone and is no longer available for plant uptake. Root-zone leaching may be regarded as the gross load entering surface water and groundwater from agricultural land before retention processes exert their effect. For phosphorus, estimated leaching losses include both root-zone leaching and losses through surface runoff. The leaching coefficients were then used to calculate mean leaching rates and nitrogen and phosphorus loads from agricultural land in the various regions. For nitrogen, the mean leaching rate for agricultural land in Sweden indicated a decrease from 21 kg N/ha to 18 kg N/ha between the years 1995 and 2005. This fall is attributed to modified crop distribution and changes in crop management, such as a shift from stubble fallow to green fallow, the use of catch crops, increased spring ploughing, changed fertiliser application dates and improved nitrogen efficiency. 3 Helsinki Commission: Fifth Pollution Load Compilation, PLC5. 9

The differences in mean leaching rates between the regions were significant, ranging from 5 to 47 kg N/ha for 2005. The lowest leaching rates occurred in the forest regions and in regions with low runoff rates. The mean nitrogen concentration in root-zone discharge was approximately 6 mg N/l, with a range of 2 11 mg N/l for the various regions. For phosphorus, mean rates of leaching loss for agricultural land in Sweden indicate a decrease from 0.54 to 0.52 kg P/ha between 1995 and 2005. This reduction was due partially to modified crop distribution (including a change from annual stubble fallow to permanent fallow) and partially to a reduction in the amount of fertiliser applied between 1995 and 2005. A further reason for the decrease was the increased use of catch crops and creation of buffer zones along watercourses and lakes. There was a great deal of interregional variation in mean leaching rates, from 0.1 kg P/ha in Öland and Gotland to 1.3 kg P/ha in western Sweden. The lowest losses were in regions with little runoff and abundant light soils. The mean overall concentration was estimated at 0.17 mg P/l, with values ranging from 0.06 to 0.34 mg P/l for all 22 regions. 10

Inledning Beräkning av läckage från jordbruksmark Läckaget av kväve och fosfor från åkermark till yt- och grundvatten behöver kvantifieras som ett led i uppföljningen av miljökvalitetsmålet Ingen övergödning samt för att identifiera behovet av åtgärder. Läckage av näringsämnen är en naturlig process som sker från all mark men i mycket varierande omfattning beroende av t.ex. klimat och jordtyp. Den påverkas också av olika odlingsåtgärder så som gödsling och odlad gröda och varierar kraftigt från år till år beroende på varierande väder och årsmån. Markläckaget ger upphov till s.k. diffusa utsläpp (i motsats till punktutsläpp från t.ex. avlopp) som är mycket svåra att mäta och övervaka. Det består dels av utlakning genom markprofilen och dels genom transport via ytavrinning (av större betydelse endast för fosfor). I detta sammanhang definieras kväve- och fosforutlakningen som det kväve och fosfor som transporteras ned förbi markens rotzon, ungefär vid 1 meters djup. Kväve och fosfor som passerat förbi rotzonen eller över åkerkanten kan inte längre tas upp av växtligheten och är därmed ej längre påverkbart av olika odlingsåtgärder inom jordbruket, d.v.s. kvävet och fosforn har lämnat jordbrukssystemet. Kvävet och fosforn transporteras därefter antingen ner till djupare grundvatten, som förr eller senare når ett vattendrag, till ett dräneringssystem för vidare transport ut i diken och vattendrag. Fosfor transporteras även ner i ytvattenintag till dräneringssystem eller ut i vattendraget via ytavrinning. Under denna transport sker retentionsprocesser som reducerar mängden kväve och fosfor som når vattendraget. Omfattningen av denna retention är beroende av de lokala förhållandena och varierar kraftigt. Alla värden på läckage presenterade i denna rapport representerar för kväve rotzonsutlakning från åkermark. För fosfor däremot representerar läckaget både förlusterna via rotzonsutlakning samt förlusterna via ytavrinning. Detta läckage kan betraktas som åkermarkens bruttoläckage eller bruttobelastning på vatten. För att bestämma hur stor åkermarkens förluster av kväve och fosfor 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 mycket stort antal kombinationer. Det krävs således en generaliserad beskrivning av kväve- och fosforläckaget om de samlade förlusterna från all åkermark i ett större område, eller som i detta fall för hela Sverige, ska kunna beräknas. I detta arbete har vi för kväve använt den matematiska modellen SOIL/SOILN och för fosfor ICECREAM, och till dessa kopplade simulerings-verktyg SOILNDB respektive ICECREAMDB. Modellerna kan beräkna läckage av kväve och fosfor för olika typer av jordar, klimat, grödor, gödslingar, lutningar, markfosforklasser etc., d.v.s. en matris av olika typsituationer. Modellerna har tillämpats på ett antal olika utlakningsförsök under olika förhållanden. Vid dessa tester har modellerna 11

visat sig kunna beskriva läckaget av kväve och fosfor från åkermark. Tillförlitligheten i dessa tillämpningar, de kalibreringar som utförts och de parametervärden som bestämts utgör grunden för att kunna använda modellerna för generella läckageberäkningar av den typ som gjorts i detta arbete. Som tidigare nämnts varierar kväve- och fosforläckaget kraftigt från år till år, huvudsakligen beroende på stor variation i avrinningen. Att bestämma kväve- och fosforläckage för enskilda år och jämföra dessa för att utröna resultatet av förändrade effekter av odlingsåtgärder på läckaget kan därför bli starkt missvisande. Ett normaliserat klimat och avrinning är därför en bättre bas för en sådan bedömning. I detta arbete har vi därför valt att beräkna kväve- och fosforläckage från en längre tidsperiod av väderdata som representerar ett genomsnittligt klimat och utifrån detta beräkna årsmedelläckaget eller, som vi har valt att kalla det, normalläckage (i analogi med de av SCB för vart år beräknade normskördarna). Samma klimatdata har använts för beräkningarna för 1995 och 2005. Klimateffekten är således bortfiltrerad vid jämförelsen mellan åren. Vad gäller skördenivåer har också normalår antagits. Till skillnad från klimatet så ändras dessa normvärden från år till år beroende på förändringar i odlingen (brukningsmetoder, nya grödsorter, nya gödslingsstrategier etc.). För skördenivåer har de s.k. normskördarna (SCB) använts för 1995 och 2005. För gödslingen har statistik om gödselmedelsanvändningen (SCB) för respektive år använts. Vi har antagit att gödslingsdosering alltid sker för den förväntade skörden, normskörden. Skillnaden i kväve- och fosforläckage mellan 1995 och 2005 för respektive typsituation (koefficient) antas alltså beskriva skillnaden i odlingen mellan dessa år. Genom att kombinera normalläckaget för de olika typsituationerna med geografisk och statistisk information om jordart, grödareal, markfosforklass och lutningsklass kan bruttobelastningen från jordbruksmarken från ett område, en region eller hela landet beräknas. I detta arbete har vi beräknat bruttoläckaget för hela Sverige uppdelat i 22 regioner. Utveckling av beräkningsmetodiken Tillvägagångssättet som beskrivits ovan har sitt ursprung i ett nordiskt projekt (Rekolainen & Leek, 1996; Hoffmann & Johnsson, 1999). För N har metodiken använts för beräkning av kvävebelastningen från södra Sverige på Västerhavet och Östersjön 1985-94 inom Naturvårdsverket utredning Kväve från land till hav (Naturvårdsverket, 1997a,b; Johnsson & Hoffmann, 1997,1998; Hoffmann & Johnsson, 2000). Metoden har sedan vidareutvecklats 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. Modellen användes för beräkningar av normalläckage av kväve för åren 1995 och 1999 (Johnsson och Mårtensson, 2002). Dessa beräkningar utfördes inom ramen för TRK projektet där belastningen av kväve på Sveriges omliggande hav beräknades och utnyttjades för HELCOM-PLC4 rapporteringen (Brandt & Ejhed, 2002). Metoden användes också för tillämpningar på avrinningsområdesskala och för åtgärdsscenarier (Kyllmar m.fl., 2002, 2005; 12

Larsson m.fl., 2005). Därefter utvecklades systemet vidare med avseende på bland annat växtodlingsgenerering och systemet gavs ett namn, NLeCCS (Nutrient Leaching Coefficient Calculation System). Systemet användes därefter för att beräkna effekten av fånggrödestödet på kväveutlakningen år 2001 (Johnsson & Mårtensson, 2006a), förändringen av kväveutlakningen mellan 1995 och 2003 (Johnsson och Mårtensson, 2006b) och effekten på kväveutlakningen vid förändrad gödsling av spannmål (Johnsson m.fl., 2006a). En ny omarbetad version av SOILNDB togs fram 2005 (Torstensson m.fl., 2006), och denna användes för första gången i NLeCCs vid beräkningar av normalutlakningen av kväve från ekologiskt odlad areal 2003 (Johnsson m.fl., 2006b). På grund av utvecklingen av beräkningssystemet så är resultaten i föreliggande arbete ej direkt jämförbara med resultaten från de tidigare beräkningarna av kväveutlakningen. För fosfor är det första gången metoden tillämpas. För detta ändamål har därför NLeCCS vidareutvecklats för fosfor genom att ansluta ICECREAMDB modellen (Johnsson m.fl., 2006c). 13

Metod Beräkningssystemet NLeCCS NLeCCS (Nutrient Leaching Coefficient Calculation System) är en metod och ett system för att beräkna normalläckage av kväve och fosfor från åkermark. Läckaget varierar mycket mellan olika år, huvudsakligen beroende på skillnader i väderlek. Stor avrinning leder till stora läckage av kväve och fosfor medan lägre avrinning leder till mindre förluster. Att bestämma läckaget för enskilda år och jämföra dessa för att utröna resultatet av förändrade odlingsåtgärders effekt på läckaget kan därför bli starkt missvisande. En normaliserad väderleks- och avrinningssituation är därför en bättre bas för en sådan bedömning. Därför beräknas läckaget utifrån en längre tidsperiod av väderdata som representerar ett normalklimat och utifrån detta beräknas årsmedelläckaget eller, som vi har valt att kalla det, normalläckaget (i analogi med de av SCB för vart år beräknade normskördarna). Beräkningarna i denna rapport är utförda med NLeCCS version 2.1 (Persson m.fl., 2007a). NLeCCS består av en svit av datorprogram vars utdata används som indata av nästa program (figur 1). Figur 1. Flödesschema över NLeCCS Växtodlingsgenerering För varje beräkningsregion sammanställs klimatdata i en databas tillsammans med information om växtsäsongens start- och slutdatum. Växtsäsongens startdatum sätts som det datum där dygnsmedeltemperaturen stadigvarande ligger över 4 C (flytande dygnsmedeltemperatur över 20 dygn). I analogi med detta sätts slutdatumet när dygnsmedeltemperaturen sjunker under 4 C (Persson m.fl., 2007a). Jordbruksstatistiken sammanställs i en databas vilken används som indata till programmet som genererar växtodlingstidsserier, CSMG (Crop Sequence and 14

Management Generator). CSMG genererar kompletta växtföljder med odlingsåtgärder som innefattar det som normalt sker i odlingen, t.ex. tidpunkter för sådd, skörd, gödsling, plöjning m.m. Andelen år av varje gröda i växtföljden är proportionell mot arealförekomsten av den grödan det året beräkningen gäller. CSMG slumpar en växtföljd utifrån givna regler för vilka grödor som kan följa på varandra i växtföljden. Dessa regler kan anges interaktivt vid körningen av programmet och kan varieras beroende på vilka typer av beräkningar man gör. CSMG kan generera mycket långa växtföljder, i storleksordningen 10 000-tals år. Vid simuleringen delas växtodlingstidsserierna upp i delar om 20-30 år beroende på hur lång serie av klimatdata man har. De långa växtföljderna är nödvändiga för att få bra medelvärden på läckaget för grödor med liten areal. Simulering Läckaget av kväve och fosfor simuleras med separata modeller. För kväve representeras läckaget av utlakning från rotzonen vilket simuleras med SOIL/SOILN modellen som styrs av SOILNDB. SOILNDB utför både en del av simuleringen och beräknar parametervärden för SOIL/SOILN modellerna. Efter simuleringen beräknar SOILNDB läckaget för agrohydrologiska år, första juli till sista juni. För fosfor representerar läckaget utlakning från rotzonen och borttransport med ytavrinning och simuleras med ICECREAM modellen som styrs av ICECREAMDB. ICECREAMDB läser klimatdatabasen och databasen från CSMG och matar ICECREAM med drivdata från dessa. ICECREAMDB sammanställer sedan dagsvärdena från simuleringarna till årssummor eller årsmedelvärden för de variabler som valts. Koefficientberäkning Normalläckaget beräknas för alla olika kombinationer av grödor och jordarter. För fosfor ingår också åkermarkens lutning och jordens fosforinnehåll i matrisen. Medelvärden räknas ut för varje kombination i matrisen. Uträkningen av läckagekoefficienter för fosfor görs av ICECREAMDB direkt efter att simuleringen är klar. Kväveläckagekoefficienter räknas ut med makron i MS Excel. Ett sista steg är att sätta koefficienter för grödor som inte simulerats. Det görs genom att ersätta de saknade grödornas läckagekoefficienter med medelvärden av andra grödor med liknande egenskaper. Modellerna SOILNDB (kväve) SOILNDB (Johnsson m.fl., 2002) är ett datorprogram för att beräkna kväveutlakning från åkermark med begränsad tillgång till indata (figur 2). Programmet är uppbyggt som ett skal runt en sedan tidigare utvecklad 15

forskningsinriktad modell för kväveutlakning från åkermark (SOIL-SOILN, se nedan) och en parameterdatabas. Val av indata är länkade till procedurer för automatisk parametrisering av modellen utgående ifrån värdena i parameterdatabasen. Inga skillnader finns mellan de i SOILNDB ingående versionerna av SOIL och SOILN och forskningsversionerna av modellerna. Med SOILNDB så kan det arbets- och tidskrävande momenten rörande parametersättning, modelkörning och resultatpresentation reduceras vilket möjliggör förhållandevis effektivt utförda beräkningar för många olika odlingssituationer. 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 användning av SOIL och SOILN. En databas innehållande parametervärden (för exempelvis markegenskaper) specifika för modellerna SOIL och SOILN 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 är kopplade i serie i systemet, d.v.s. utdata från SOIL- modellen utgör automatiskt indata till SOILN. Presentation av simuleringsresultatet i summerad form är också inkluderat i systemet. Nedan ges en kort presentation av de olika delarna i systemet. Beräkningarna i denna rapport är utförda med SOILNDB version 3.0.36 (Torstensson m.fl., 2006). SOILNDB Indata Automatisk Modell parameterisering simulering Resultat Parameterdatabas Mark Odling Klimat Algoritmer för beräkning av parametervärden SOIL SOILN Summerade Detaljerade Figur 2. Schematisk beskrivning av SOILNDB. SOIL-SOILN Under mitten av 1980-talet utvecklades vid SLU simuleringsmodellen SOILN (Johnsson m.fl., 1987). Modellen, som beskriver kvävets dynamik och förluster i åkermark (figur 3), kopplades till en tidigare utvecklad vatten- och värmemodell, SOIL (Jansson & Halldin, 1980; Jansson, 1991). Syftet med detta arbete var att öka 16

förståelsen för hur de samtidiga fysikaliska och biologiska processerna i markväxtsystemet påverkar förlusterna av kväve vid varierande väder, jordarter, 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 (sammanställning i exempelvis Hoffman, 1999). Den har också använts för att skatta utlakningen från fält där endast en begränsad mängd indata finns och för simulering av olika tänkbara odlingsåtgärder för att minska 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 parametrisera 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 3. SOILN-modellens struktur 17

ICREAMDB (fosfor) ICECREAMDB är en modell för att beräkna förluster av fosfor från åkermark från större områden baserad på ICECREAM-modellen. ICECREAMDB innehåller ett grafiskt gränssnitt för ICECREAM och beräkningarna underlättas jämfört med ICECREAM i och med att stora mängder indata och resultat kan hanteras rationellt. All data som behövs för att köra ICECREAM läses från Accessdatabaser och omvandlas automatiskt till de textfiler som ICECREAM styrs med. Med ICECREAMDB är det därför möjligt att genomföra tusentals simuleringar i följd. Resultaten från ICECREAMDB bearbetas automatiskt så att läckagekoefficienter (årsmedelvärden) för varje jordarts-, gröd-, lutnings-, markfosforklass och gödslingsklass genereras från de dygnsbaserade simuleringsresultaten. Beräkningarna i denna rapport är utförda med ICECREAMDB version 1.0.34 (Persson m.fl., 2007b). Figur 4. Översikt av ICECREAM (efter Bärlund och Tattari, 2001). ICECREAM ICECREAM är en dynamisk, delvis fysikaliskt baserad, odlings- och åtgärdsorienterad fosforläckagemodell (Rekolainen och Posch, 1993; Tattari m.fl., 2001; Larsson m.fl., 2007). Med ICECREAM kan man beräkna olika odlingsåtgärders påverkan på vattenflöden, erosion och förluster av fosfor via ytavrinning och utlakning genom markprofilen (figur 4). Resultatet från ICECREAM är bland annat dagliga värden uppdelat på koncentrationer av löst (SRP) och partikulärt (PP) fosfor. Modellen, med ursprung i CREAMS-modellen (Knisel, 1980) som utvecklats i USA har senare vidareutvecklats i Finland för att kunna beskriva fosforförluster under nordiska klimatförhållanden (Posch och Rekolainen, 1993; Rekolainen och Posch, 1993). Modellen har framförallt använts för att beskriva erosion och ytavrinning (t.ex. Tattari m.fl., 2001), men för många åkerjordar i Sverige är utlakning genom markprofilen via makroporer den viktigaste flödesvägen. Därför har modellen vidareutvecklats med inkorporering av makroporflöde och testats mot mätdata från försöksfält i Västergötland (Larsson 18

m.fl., 2007) och miljöövervakningsfält i Södermanland, där övervägande positiva resultat erhölls med avseende på förmågan att beskriva förlusterna av fosfor på strukturerade jordar. Flera känslighetsanalyser av modellen har också genomförts för att erhålla kunskap om vilka parametrar som bör väljas med större noggrannhet (Bärlund och Tattari, 2001; Larsson m.fl., 2007). Parameterisering av ICECREAMDB har utförts för ett fält i Västergötland (Lanna) och ett observationsfält (Flinkesta) i Södermanland (Johnsson m.fl., 2006c). Beräkningarna i denna rapport är utförda med ICECREAM version 1.0.28. I ICECREAM beräknas förändringar i pooler och flöden med dygnsupplösning och för att drivas använder den klimatdata med samma tidsupplösning. Modellen har en fullständig beskrivning av vattenbalansen inkluderande nederbörd, avdunstning, transpiration, ytavrinning och dränering genom marken till grundvatten och dräneringsledningar. En modifierad SCS-curve number metod används för att fördela inkommande nederbörd mellan ytavrinning och infiltration (USDA-SCS, 1972; Smith och Williams, 1980). Vattenflöde mellan olika skikt i marken beskrivs med ett lagrings-överflöde koncept (den s.k. hinkmetoden), och sker när mängden vatten i ett skikt överskrider fältkapaciteten. Kapillärt uppåtflöde beräknas inte. Som framgår av (figur 5) är markens fosfor uppdelad i sex pooler (kg m -2 ), tre oorganiska som innehåller stabilt, P S, aktivt, P A, och labilt fosfor, P L, och tre organiska: en färsk pool som består av organiskt material såsom rötter och halm under nedbrytning, P FO, och en humuspool bestående av mer stabila organiska föreningar, P SO, och en pool som innehåller tillsatt stallgödsel, P MAN. Flöden av P mellan pooler inkluderar växtupptag av P L, nedbrytning och humusbildning av färsk organisk P och gödsel, fastläggning av P L till färskt organiskt P och mineralisering av humus. Fosfor i mineralgödselmedel adderas till den labila poolen, P L. Förluster av fosfor sker genom ytavrinning och utlakning genom markprofilen, och två former av fosfor, löst (DRP) och partikulärt (PP), tas i beaktande. HARVEST MANURE FERTILIZER SURFACE RUNOFF AND LEACHING P-PLANT P FO P L DRP P MAN PP P SO P S P A Figur 5. Pooler och flöden av fosfor som beräknas med ICECREAM. 19

Erosion beräknas för ett fält med en angiven lutning, där transporten av partiklar anges vid fältets kant enligt den s.k. modifierade USLE-ekvationen (Foster m.fl. 1977). I beräkningen skiljer man på s.k. ytavspolning och rännilserosion där lösgörandet av partiklar från ytavspolningen (D i ) beräknas enligt: D i = a 1 EI (s+a 2 ) K soil C P q p /q surf 1 där a 1 och a 2 är regressionskoefficienter, EI är regnets erosivitet, s (m m -1 ) är lutningen, K soil är en markspecifik erosionsfaktor, C är en grödfaktor, P är en jordbearbetningsfaktor, q p (mm d -1 ) beskriver flödesintensiteten vid högflöden och q surf (mm d -1 ) är avrinningen. För rännilserosion beräknas lösgörandet (D r ) av partiklar enligt: D r = 5,9 m P 1 q p 4/3 P 2 (x/72,6) m-1 s 2 K soil C P 2 där m är en sluttningslängd, P 1 och P 2 är regressionskoefficienter och x (m) är fältets längd. Lösgörandet av partiklar enligt beräkningarna ovan ger en potentiell partikeltransport som används för beräkning av den aktuella erosionen, vilken också beror på transportkapaciteten som beräknas med Yalin-ekvationen (Foster m.fl. 1980). Erosionsfaktorn K soil, lutningen s och fältets längd x, är parametrar som sätts i ICECREAM medan regressionskoefficienterna a 1, a 2, P 1 och P 2 är fasta konstanter och övriga faktorer i ekvation 1 och 2 beräknas internt i modellen. För beräkning av fosforförlusten som är kopplad till erosion av partiklar (PP) multipliceras sedimenttransporten med en fraktion av alla P-pooler i marken och P i stallgödsel (Tattari m.fl. 2001). Matrisen Beräkningar för kväve och fosfor har utförts enligt en matris med de ingående vektorerna: läckageregion gröda jordart markfosfor lutning Vektorerna markfosfor i matjorden och lutning förekommer endast för fosfor. För kväve och fosfor beräknas årsmedelkoncentrationer. För kväve beräknas totalkväve medan fosfor delas upp i en löst (SRP) respektive partikulär (PP) fraktion. Läckageregioner Åkermarken i Sverige har delats upp i 22 läckageregioner (figur 6 och tabell 1). Grunden för uppdelningen har varit SCBs indelning i arton produktionsområden för redovisning av jordbruksstatistik (po18-indelningen). Fyra av produktionsom- 20

rådena har delats för att avrinningsskillnaderna har varit stora. Jordbruksstatistik finns också redovisat för åtta större områden (po8-indelning) och för hela landet (riket). En årsmedelavrinning för jordbruksmarken i varje läckageregion har beräknats med hjälp av GIS (Jakob Nisell, SLU Miljöanalys; Lars Rapp, SLU miljödata). Detta har skett med utnyttjande av SMHI:s beräknade medelavrinning för PLC5- områden för perioden 1985-2004 (Gun Grahn, SMHI) som utförts för belastningsberäkningarna för HELCOM-PLC5, digital karta över jordbrukmark (blockkartan över jordbruksmark som används för stödsystemet av jordbruksverket) och digital karta över de 22 läckageregionerna. Dessa årsmedelavrinningar har för respektive region använts som målvärde för simulerad avrinning. Nederbörden har korrigerats så att den simulerade avrinningen (rotzonsdränering för kväve och rotzonsdränering + ytavrinning för fosfor) har överensstämt med målavrinningen för respektive region. Läckageregion 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 6. De tjugotvå läckageregionerna i Sverige 21

Tabell 1. Läckageregioner (lr), produktionsområden, klimatstationer och målavrinning lr Produktionsområde (bas PO18) Produk tionsområde Klimatstation Årsmedelavrinning Årsmedelnederbörd Årsmedeltemperatur målvärde (po8) (mm) (mm) ( C) 1a Skåne- och Hallands slättbygd, Gss Barkåkra 303 832 8 Skånedelen 1b Skåne- och Hallands slättbygd, Hallandsdelen Gss Halmstad 538 1140 8 2a Sydsvenska mellanbygden, Skånedelen 2b Sydsvenska mellanbygden, Blekinge- och Kalmardelen 307 840 8 Gmb Barkåkra (Vomb) b Gmb Bredåkra 197 653 7 3 Öland och Gotland Gmb Hoburg 163 674 8 4 Östgötaslätten Gns Malmslätt 203 793 7 5a Vänerslätten, södra delen Gns Såtenäs 318 912 7 5b Vänerslätten, norra delen Ss Karlstad 345 904 6 6 Mälar- och Hjälmarbygden. Ss Stockholm 200 831 7 7a Sydsvenska höglandet, västra Gsk Torup 425 975 7 delen 7b Sydsvenska höglandet, östra delen Gsk Målilla 261 793 7 8 Östsvenska dalbygden Gsk Västervik 179 777 7 9 Västsvenska dalbygden Gsk Säve 594 1233 8 10 Södra Bergslagen Ssk Zinkgruvan 257 799 6 11 Västsvenska dalsjöområdet Ssk Arvika 439 1018 5 12 Norra Bergslagen Ssk Ställdalen 350 883 5 13 Östra Dalarna och Gästrikland Ssk Gävle 269 794 6 14 Kustlandet i nedre Norrland Nn Sundsvall 356 853 4 15 Kustlandet i övre Norrland Ön Luleå 379 867 2 16 Nordsvenska mellanbygden Nn Malung 372 844 3 17 Jämtländska silurområdet Nn Frösön 338 879 3 18 Fjäll- och moränområdet Ön Sveg 473 1020 3 a Korrigerad nederbörd. Nederbörden korrigerad så att simulerad avrinning med SOILNDB (kväveberäkningen) överensstämmer med målavrinningen för respektive region (kan skilja något för ICECREAMDB). b Nederbörd från Vomb övrig klimatdata från Barkåkra. Jordar Beräkningarna har utförts för tio jordar uppdelade enligt den internationella texturklassificeringen: sand, loamy sand, sandy loam, loam, silt loam, sandy clay loam, clay loam, silty clay loam, silty clay och clay. Jordarna skiljer sig åt bl.a. avseende de hydrauliska egenskaperna och det maximala rotdjupet. Grödor Beräkningarna har utförts för tolv grödklasser: vårkorn, höstvete, vall, sockerbetor, höstraps, havre, vårvete, råg, vårraps, potatis, träda och extensiv vall. I höstraps inkluderades även höstrybs, i vårraps vårrybs, i råg höstkorn och rågvete, i potatis både matpotatis och stärkelsepotatis och i träda både stubbträda och grönträda. 22

Samtliga grödor utom extensiv vall ingick i genererade växtföljder. Om någon av grödorna inte odlats eller odlats på <1 % av arealen i respektive region har den grödan uteslutits ur växtföljden. Extensiv vall har beräknats i en monokultur som varken skördas eller gödslas. För extensiv vall gäller samma beräkning för både 1995 och 2005. Markfosfor Matrisen för fosforberäkningarna innehåller 3 klasser för mängd markfosfor i matjorden: låg, medel och hög. Med markfosfor menas här P-HCl, d.v.s. den fosfor som kan extraheras med en lösning av saltsyra och som också benämns förrådsfosfor (Eriksson m.fl. 1997). Lutning Matrisen för fosforberäkningarna innehåller 3 klasser för lutning. Lutningen täcker inte all åkermark utan begränsar sig till den som är belägen inom 50 meter i direkt anslutning till vattendrag och ytvatten markerade i blå kartan (1:100 000). Data och antaganden Beräkningsmetodik Läckagekoefficienter för varje läckageregion har beräknats med hjälp av växtsekvenser på 10 000 år. Dessa har genererats med växtodlingsgeneratorn CSMG (se beskrivning av NLeCCS). Beräkningar har utförts med två olika gödslingsformer för varje gröda: en med enbart mineralgödsel och en med stallgödsel kompletterad med mineralgödsel. Andelen år som respektive gröda erhåller den ena gödslingsformen är proportionell mot arealförekomsten av denna gödslingsförekomst. Övriga år erhålls den andra gödslingsformen. Växtsekvenserna har slumpats med avseende på andelen areal av grödor (tabell 2), andelen av grödans areal som fått stallgödsel (kväve appendix 4:1-2 och fosfor appendix 5:1-2), andelen av den stallgödslade arealen som höstgödslas (kväve appendix 4:3-4, fosfor appendix 5:3-4), andelen av arealen för varje gröda som varit insådd med fånggröda och/eller vårbearbetats (tabell 10; appendix 3:7) samt andel av arealen för varje gröda där halm skördats i varje produktionsområde (appendix 3:3). I fosforberäkningen kunde stallgödsel till vall även spridas på sommaren (appendix 5:5). Slumpningen av grödordningen skedde enligt vissa begränsningar (tabell 3), t.ex. låg vallen alltid i perioder om minst tre år, sockerbetor kunde inte följas av någon höstsådd gröda och potatis kunde inte följas av potatis. Begränsningarna har satts efter vad som är möjligt i förhållande till skördetidpunkt för grödan och såtidpunkt för den följande grödan och vissa växtföljdssjukdomar har beaktats. Däremot fanns kombinationer med som är möjliga men i praktiken inte så ofta förekommande. Samma växtsekvens, d.v.s. grödordning och stallgödselspridning, har beräknats för alla jordarter i en region. 23

Tabell 2. Andelen av olika grödor (%) av den beräknade arealen 1995 och 2005, samt beräknad och total areal åkermark 1995 och 2005 Vårkorn (%) Höstvete (%) Vall (%) Sockerbetor (%) Höstraps (%) Grönträda (%) Stubbträda (%) Havre (%) Vårvete (%) Höstråg (%) Vårraps (%) Potatis (%) Summa beräknad areal (kha) Summa total åkermarks areal (kha) Region '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 '95 '05 1a 20 23 17 25 14 15 13 11 10 4-7 8 1 5 5 3 4 9 4 - - 2 2 243 236 260 256 1b 20 23 17 25 14 15 13 11 10 4-7 8 1 5 5 3 4 9 4 - - 2 2 79 76 84 83 2a 19 18 7 14 33 33 6 5 6 3-8 8 2 3 3 2 3 11 6 - - 5 6 113 108 121 118 2b 19 18 7 14 33 33 6 5 6 3-8 8 2 3 3 2 3 11 6 - - 5 6 74 72 80 78 3 19 18 6 8 45 48 5 3 3 1-7 7 1 3 2-2 10 7 1-1 1 122 119 128 128 4 12 10 26 30 18 22 - - 4 4-9 16 7 8 5 2 2 9 7 5 2 1 1 132 128 142 142 5a 12 13 15 15 28 28 - - - 2-9 15 7 21 16 1 2 5 4 3 3 1 1 278 277 298 298 5b 12 13 15 15 28 28 - - - 2-9 15 7 21 16 1 2 5 4 3 3 1 1 70 70 76 76 6 23 18 9 14 27 28 - - - - - 10 17 9 15 10 3 5 2 2 4 4 - - 516 519 560 556 7a 12 9 2 2 69 72 - - - - - 6 4 1 11 8 - - 2 2 - - - - 177 164 190 176 7b 12 9 2 2 69 72 - - - - - 6 4 1 11 8 - - 2 2 - - - - 164 153 177 164 8 8 6 6 6 59 62 - - - - - 12 10 2 14 8 - - 2 3 1 - - - 39 38 42 41 9 14 9 4 3 54 54 - - - - - 14 10 3 17 14-1 - - 1 1 - - 105 103 115 110 10 11 8 7 8 42 44 - - - - - 14 12 4 19 12 2 2 4 5 2 2 - - 46 46 50 49 11 11 8 - - 73 71 - - - - - 10 9 3 7 9 - - - - - - - - 45 46 49 49 12 13 9 1 1 60 61 - - - - - 14 12 4 14 9-2 - - - - - - 33 34 37 36 13 28 22-2 46 48 - - - - - 12 11 4 13 8-2 - - 1 1 - - 59 59 64 63 14 18 15 - - 70 74 - - - - - 6 5 1 6 4 - - - - - - - - 78 76 87 82 15 18 15 - - 70 71 - - - - - 9 9 2 2 3 - - - - - - 2 1 98 98 108 104 16 17 13 - - 71 75 - - - - - 6 7 1 3 3 - - - - - - 2 2 44 44 48 48 17 8 6 - - 90 90 - - - - - 4 3 1 - - - - - - - - - - 29 28 33 31 18 2 1 - - 93 93 - - - - - 5 4 1 - - - - - - - - 2-15 14 17 15 SE 18 17 14 18 51 53 10 10 8 3-9 13 7 15 10 3 4 7 5 3 4 3 3 2560 2508 2767 2703 24

Grödarealerna bygger på stöddatabasen IAKS för år 2005 sammanställt för po18 regioner för detta projekt av SCB (Olle Funcke, SCB och SCB, 2006c). För 1995 baseras grödarealstatistiken på lantbruksregistret sammanställt för po18 av SCB (Rolf Selander, SCB och SCB, 1996c). De produktionsområden som delats p.g.a. stor variation i klimat har antagits ha samma grödfördelning i de båda områdena eftersom uppgifter om gödsling och skörd endast finns för hela produktionsområdet. Den totala arealen har delats upp i förhållande till åkerarealen i produktionsområdet. Vid beräkningen för 2005 delades trädesarealen upp i stubbträda och grönträda baserat på en intervjuundersökning från SCB (2004) avseende förekomst av stubbträda och gröngödslingsgröda år 2003 vilket antogs vara representativt även för år 2005. Grönträdan har för både kväve- och fosforberäkningen beräknats som en insådd gräsvegetation. Grönträdan antogs vara ettårig eller treårig, fördelningen emellan dem baserades på förekomst av ettårig eller flerårig träda enligt intervjuundersökningen från SCB (2004). Vid beräkningen för 1995 antogs att all trädesareal var stubbträda (SJV, 2006). All stubbträda antogs vara ettårig. Tabell 3. Grödkombinationer i växtsekvenserna som inte är tillåtna (svarta fält) Förfrukt Huvudgrö da vårko rn höstv ete vall sockerbetor höstr aps träda havre vårvete råg Vårkorn Höstvete Vall XXXX sockerbetor Höstraps Träda Havre Vårvete Råg Vårraps Potatis vårra ps potatis Vallens längd antogs till tre år. Flera vallperioder kunde följa efter varandra. För kväveberäkningen etablerades vallen genom insådd i den föregående grödan. Om ytterligare en vallperiod följde efter tre år av vall antogs att vallen jordbearbetades på hösten det tredje året vid samma tidpunkt som jordbearbetning inför vårsådd gröda. Vallens tillväxt det fjärde året startade därefter vid växtperiodens start våren därpå. Vallängderna för ICECREAMDB antogs också till 3 år; däremot hanterar inte ICECREAM insådd utan vallen har såtts dagen efter skörd av föregående gröda. Om en vallperiod har följts av ytterligare en vallperiod så skedde det i ICECREAMDB ingen jordbearbetning eller omsådd av vallen. 25

Vid beräkning av normalläckaget för 2005 har tre typer av fånggrödor och vårbearbetning inkluderats: 1) insådd fånggröda som brukas ned på våren efterföljande år 2) insådd fånggröda som brukas ned på hösten och 3) vårbearbetning med fånggröda bestående av spillsäd och ogräs Enligt SCB (2004) var den vårbearbetade arealen större än den vårbearbetade areal som stödsöktes. Skillnaden mellan den stödsökta arealen och den totala vårbearbetade arealen har antagits vara vårbearbetad areal utan fånggröda, och den har lagts till den stödsökta vårbearbetade arealen. År 1995 fanns inget stöd för fånggröda och det har antagits att ingen fånggröda odlades. Däremot antogs att den areal som 2005 var vårbearbetad utan stöd även vårbearbetades 1995. Den 10 000-åriga växtsekvensen har delats upp i 500 stycken 20-års tidsserier som var och en beräknats med den 20-åriga meteorologiska tidsserien (1985 till 2004) som valts för var och en av regionerna. För varje tidsserie beräknad med SOILNDB (kväve) kan läckaget redovisas för 19 agrohydrologiska år, 1 juli till 30 juni följande år. För beräkningarna med ICECREAMDB (fosfor) baseras medelvärden för respektive gröda däremot på kalenderår, men eftersom de två första åren i varje tidsserie uteslutits ur resultaten för att undvika påverkan av osäkra initialtillstånd ingår 18 år i medelvärdesberäkningarna för fosforförluster. Varje växtsekvens har simulerats för alla kombinationer av jordart och region (N och P) samt lutnings- och markfosforklass (endast P), d.v.s. totalt har 220 (SOILNDB) respektive 1980 (ICECREAMDB) simuleringar med den 10 000-åriga växtsekvensen utförts. Medelvärden för de enskilda grödorna har således beräknats för varje kombination av jordart och region (N och P) samt lutnings- och markfosforklass (P) utifrån läckagevärden för enskilda år från tidsserier på 9 500 år för N och 9 000 år för P. Dessutom har medelvärden beräknats för kombinationer av olika gödslingsformer och för olika kombinationer av grödor och fånggrödor. 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. Liksom för övriga grödor har de första två åren uteslutits i beräkningarna med ICECREAMDB. För smågrödor odlade på <1 % av arealen och grödor som inte inkluderats i beräkningen (t.ex. ärter) har läckaget beräknats som 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 3, 4 och 5. 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 och grödorna i proportion till deras förekomst i varje region (tabell 2 och tabell 4). För fosfor har även den simulerade avrinningen viktats efter fördelning av lutningsklasser. 26

Tabell 4. Jordartsfördelning för läckageregionerna (%) enligt Johnsson & Mårtensson (2002) Regio Sand Loamy Sandy Loam Silt Sandy clay Clay Silty clay Silty clay Clay n sand loam loam loam loam loam 1a - - 72 25-3 - - - - 1b - 11 71 18 - - - - - 2a - 7 71 22 - - - - - - 2b 3 8 67 19 2 1 - - - - 3 10 5 72 6-6 - - - - 4 - - 5 14-2 33 1-44 5a - - 34 32 3-19 6 2 3 5b - - 2 34 42-10 10 3-6 - - 4 11 3 1 27 9 14 31 7a - 22 74 4 - - - - - - 7b - 3 69 18 2-5 1-2 8 - - 2 18 1 3 34 3-38 9 - - 14 49 5-28 2 1 2 10 - - 18 34 16-20 7 3 2 11 - - 4 10 75 - - 10 1-12 - - 2 24 42-7 18 6-13 - - 2 21 61-4 9 3-14 - - 4 29 56-4 7 - - 15-1 17 11 71 - - - - - 16 - - 13 11 71 - - 6 - - 17 - - 9 91 - - - - - - 18 - - 100 - - - - - - - Medelläckaget för varje region har beräknats som ett viktat medelvärde av de beräknade grödornas koefficienterna m.a.p. grödfördelning och jordartsfördelning samt koefficienter för den areal som inte inkluderats av de beräknade grödorna. Det fanns två typer av areal som inte inkluderades av de beräknade grödornas areal, dels areal med känd gröda men som fanns på <1 % av arealen och dels areal med ospecificerad gröda. För kväve har arealen med känd gröda <1 % antagits ha läckagekoefficienter motsvarande medel för de beräknade grödorna exklusive vall och träda. För fosfor har däremot en saknad vår- respektive höstgröda (känd gröda <1 %) ersatts med medelvärdet för alla vår- respektive höstgrödor i första hand. Arealen med ospecificerad gröda har antagits ha läckage motsvarande extensiv vall. Areal utan de beräknade grödorna har antagits vara jämt spridd över jordarterna. Underlaget till jordartsfördelningen var Eriksson m.fl. (1999) och jordartsfördelningen för regionerna gjordes till beräkningen av 1995 och 1999 (Johnsson & Mårtensson, 2002). Belastningen har beräknats med hjälp av medelkoncentrationen (analog med medelläckaget). För de olika arealerna har ansatts motsvarande medelkoncentration (ekvation 3). För areal med beräknade grödor har följaktligen antagits medelkoncentration för beräknad areal. Areal med känd gröda men på <1% av arealen har medelkoncentration för beräknad areal exklusive vall och träda antagits och för areal med ospecificerad gröda har medelkoncentrationen för extensiv vall 27

antagits. Beräkningen av extensiv vall har använts för ej utnyttjad slåtter- och betesmark och ospecificerad gröda. Frövall har antagits ha samma koncentration som vall. Belastningen har normaliserats för avrinningsskillnaden mellan 1995 och 2005. N = (( A 1 * C 1 + A 2 * C 2 + A 3 * C 3 + A 4 * C 4 + A 5 * C 3 ) / A tot ) * Q 2005 * A tot (3) A 1 = areal med beräknade grödor C 1 = medelkoncentration beräknad areal A 2 = areal med grödor med känd areal men <1 % av arealen C 2 = koncentration beräknad areal exkl. vall och träda A 3 = areal med ospecificerad gröda C 3 = koncentration extensiv vall A 4 =areal med frövall C 4 = koncentration vall A 5 = areal med ej utnyttjad slåtter- och betesvall Q 2005 = avrinning 2005 A tot = total areal (d.v.s. A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + A 5) För kväveberäkningen har läckage från extensiv vall använts som bakgrundsläckage i belastningsberäkningarna för miljömålsuppföljningen och för PLC5. Extensiv vall har inte ingått i de tidigare beskrivna växtsekvenserna utan har för alla kombinationer av jordart och region beräknats separat. Extensiv vall har definierats som en gräsvegetation som inte gödslas eller skördas. Den har beräknats i en 20-årig monokultur för vilken medelvärden beräknats. Extensiv vall antas växa under hela växtsäsongen för varje region. Upptaget av kväve till gräsvegetationen regleras av ett potentialupptag (appendix 1:5-6 och appendix 1:26) och en fördelning av kväveupptaget under säsongen. Det dagliga potentialupptaget har antagits överstiga det faktiska kväveupptaget, d.v.s. under större delen av växtsäsongen har vegetationen antagits kunna ta upp det kväve som finns tillgängligt via mineralisering och deposition, etc. Under början och framförallt slutet av växtsäsongen antas dock potentialupptaget vara lägre än tillgängligt kväve och läckage kan ske. För fosfor har bakgrunden också beräknats som en extensiv vall. Den har liksom för kväve beräknats i monokultur, d.v.s. den har inte ingått i växtföljden med beräkning av andra grödor. Eftersom det skedde en kraftig uppgödsling av fosfor under 60-, 70-, och 80-talen har vi antagit en nivå på markfosfor för bakgrunden som motsvarar 50-talet (Andersson m.fl., 2000). Eftersom denna nivå är jämförbar med vår lägsta markfosforklass i matrisen, så har fosforklass låg använts unisont vid beräkningen av bakgrund. För övrigt har bakgrunden beräknats för 22 läckageregioner, 10 texturklasser och 3 lutningsklasser. Eftersom den gräsmark som bakgrunden motsvarar ligger permanent och inte plöjs upp har vissa parameterändringar genomförts för bakgrunden jämfört med grönträdan. Dessa beskrivs mer i detalj under respektive kategori nedan. 28