Redaktör och ansvarig utgivare: GUNNAR HALLGREN INNEHÅLL Markfysikaiska undersökningar i odad jord. XXII. Häredning av och några kommentarer kring en differentiaekvation för vattnets endimensionea strömning i omättad jord av Sigvard Andersson......................... 51 By i mark och växter. 2. Vid motorväg i Skåne av Lambert Wikander.......... 65 Utakning av näringsämnen. 2. I åkermark vid Marsta och Gammastorp av Lambert Wikander och Gunnar Hagren............................... 69 Underhået av vattendragen. En kort orientering av grannändernas agstiftning av Göte Grebing 77 Kakens inverkan på jordens struktur av Gösta Bergund................. 81 (List of contents in Engish on back cover)
G R U N D F Ö R B Ä TT R N G utkommer med fyra nummer årigen Prenumerationspris kr. 25:- Lösnummer kr. 7:- Redaktionens och expeditionens adress: Institutionen för markvetenskap Lantbrukets hydroteknik 750 07 Uppsaa 7 Te. 018/32 50 25 Postgiro 38 17 95 Redaktionskommit te: Professor Gunnar Hagren Professor Yngve Gustafsson Professor Lambert Wikander Författarna är sjäva ansvariga för sina uppsatsers innehå. Vid återgivande av text torde käan och författaren angivas
Grundförbättring, 24, 1971: 2, 51-64 Markfysikaiska undersökningar i odad jord XXII. Häredning av och några kommentarer kring en differentiaekvation för vattnets endimensionea strömning i omättad jord A v Sigvard Andersson Några inedande synpunkter I denna uppsats ska ett försök göras, att i ansutning ti en bestämd uppgift, nämigen häredningen av en differentiaekvation för vattnets strömning i omättad jord, precisera några av de förestäningar, som igger bakom de moderna teorierna för vattnets dynamik i vattenomättade jordar. De härvid gjorda karäggandena kan b. a. sedan utnyttjas som en grund för studiet av mera omfattande verk såsom t. ex. den stora monografien Irrigation of Agricutura Lands (1967). Såsom framgår av min framstäning har jag undvikit, att använda det i internatione itteratur (se t. ex. nämnda monografi!) fitigt utnyttjade begreppet potentia. I den mån anaysen ska ansutas ti konkreta probem och experimentea mätningar är det författarens uppfattning, att teorin vinner i karhet, om det direkt ti mätningarna anknutna begreppet bindningstryck användes (ang. def., se XX!). Tryck- iksom potentiastorheter är skaärer, varför i det avseendet ingen skinad råder. Enigt den teori, som vi tidigare utveckat (se b. a. XIII och XIX!), strömmar vattnet i en omättad jord under infytandet av uppträdande differenser i det vattenbindande respektive det vattenavförande trycket (spänningen, tensionen etc.) mätt t. ex. i cm v.p. Varje punkt (eg. den eementarvoymen dv begränsande ytan) i ett poröst vattenförande system, i ett jordprov eer i ett bestämt jordskikt kan tiordnas ett vattenbindande tryck h 1 b> som generet sett kan betraktas 4-713866 Grundförbättring 1971: 2 som en entydig funktion av vattenhaten w, om vi tisvidare bortser från uppträdande hysteriseseffekter, dvs. (a) På samma sätt kan varje punkt (eementaryta) sägas stå under infytandet av krafter, som vi föra vattnet från punkten eer ut ur området =den betraktade eementarvoymen dv cm 3 De enskida krafterna kan icke mätas men deras summerade verkan kan mätas som tryck eer spänningar ht.a- Dessa tryck eer spänningar har sitt primära upphov i utifrån angripande krafter eer i de växande betingeser med avseende på tiförse och borttag av vatten, som systemen i sin hehet är utsatta för. De härvid uppkommande differenserna i vattenhat ger upphov ti uppkomsten av motsvarande differenser i de vattenavförande respektive vattenbindande trycken. Aktiva spänningar uppstår och häremot svarande strömning av vatten. Dessa aktiva spänningar eer aktivt drivande tryck betecknar vi med h 1 cm v.p. (även andra tryckenheter kan naturigtvis användas). Med tidigare införda beteckningar kan vi då skriva (b) varvid differensen är bidad mean tryck, som vi föra vattnet ut ur eementarvoymen dv och tryck, som vi håa vattnet kvar i samma voym. Eer uttryckt på annat sätt: differensen är bidad mean yttre angripande tryck och inre bindande tryck. Av ekvationen (b) framgår, att h 1 iksom ht.b är en funktion av vattenhaten medan 51
Fig.. Anordningar för bestämning av sambandet mean vattenhat w och fysikaiskt bindningstryck ht benämnes ämpigen tryckkammare. Det vattenavförande trycket kan antingen påäggas med hjäp av någon rörig vattenyta, vacuum eer övertryck. Fotografiet visar en tryckkammare för noggrann bestämning av åga bindningstryck, 0-15 cm v.p. Proven paceras på de i kammaren (a) instäda sandbocken (b) och (c). Med hjäp av det höj- och sänkbara överfaet (d) kan den fria vattenytan regeras i kammaren. Vattenytans äge under bockytan (e) aväses på manometern (f) direkt i cm v. p. Denna aväsning ger det påagda vattenavförande trycket h t, a ht,a för ett bestämt system även kan vara definierat på annat sätt. Se härom b. a. i fortsättningen! Det aktivt drivande trycket ht iksom ht,a och ht,b har samma fysikaiska innebörd och dimension som begreppet dragspänning i håfasthetsäran. Enigt detta sätt att se är tryck, som bin- der vattnet i en viss punkt, sett från en annan näriggande punkt vattenavförande. Vid jämvikt måste överat gäa h t= ht,a- ht,b(w) =O (c) Om i en viss profi grundvattenytan står på djupet ho cm, så innebär detta, att för varje givet djup z cm (mätt positivt uppifrån och ned) måste gäa eer (e) under förutsättning av att jämvikten kan uppfattas som en ren dräneringsjämvikt (se också XIII, sid. 55!). Under dessa betingeser avtar det vattenbindande trycket ineärt med djupet och avtagandet är exakt en cm v.p. per cm djup dvs. dht,bfdz= -. Jämför här också med 52
Fig. 2. Fotografi av vacuumtryckkammare (a) med mätkär (b) för avgående vatten, kontrokär (c) för uftäckage samt regeringsventi (d) för instäning av undertrycket och manometer (e) för noggrann uppmätning av påagt vattenavförande tryck ht,a I auminiumkastruen (a) är en porös patta inagd. Pattans närmare utformning framgår av figur 3. På pattans undersida kan oika önskade undertryck anäggas via koppingen (f) med hjäp av antydda manöverorgan. Tryckkammaren kan också ätt koppas ti ett höj- och sänkbart överfa, om de påagda trycken endast ska uppgå ti150-180 cm v.p. sidan 207 i den tidigare angivna amerikanska monografien! Experimentet strävar man efter att utforma provsystemen så, att ht.a kan håas konstant i någon yta av systemet (tryckkammartekniken!) och stegvis ökas ateftersom de mot varje steg i ht.a svarande vattenhatsjärnvikterna uppnåtts dvs. q bi vit= O. Härvid definieras q som den per yt- och tidsenhet från systemet avgående vattenmängden =den vattenavgivande förmågan under rådande betingeser. Jämför här också med figurerna och figurtexten! Det vattenbindande trycket ht,b(w) kan då uppfattas som ett reaktionstryck. Genom detta tryck söker systemet, att i överensstämmese 53
Fig. 3. Den essentiea funktionen i en tryckkammare betingas av möjigheten att få fram ämpiga porösa pattor och membraner. Det påagda vattenavförande trycket upptas i första hand av kapiärsystemet i pattan. Bringas ett prov i god kontakt med pattan överföres spänningen också effektivt ti provets kapiärsystem. Vid jämvikt är meniskkrökningen både i pattans och provets kapiärer sådan, att trycksprånget eer differensen i tryck mean meniskernas ytter- och innersidor kan upptas. Pattorna smärgas ner ti önskad cirkuär form, en skåra smärgas runt kanten och fyes med ämpigt im. Gummiduken (svart) panas ut mot pattan, dukens kant vikes upp och den på biden syniga tvinnade, rostfria ståtråden bindes om duk och patta, så att duken trycks ned i skåran och en ufttät fog uppstår. Mean pattan och gummiduken ägges tikippta nät av nyon för att underätta vattnets utströmning, när undertrycket anägges mean gummiduken och pattan. med Le Chateriers princip så vitt möjigt konservera det ursprungiga tiståndet. Häredning av en ekvation för vattnets momentana strömning i omättad jord Betrakta ett prismatiskt eement, en eementarvoym dv, i en jord eer en hori- sont, där aktivt drivande tryck h 1 är verksamma. Låt a i figur 5 vara ett sådant eement. I ytan A i må det aktivt drivande trycket vara h 1 och i den Iikstora och paraet städa ytan Au vara (f) Vid stationär, dvs. av tiden oberoende strömning gäer då som en första approximation (se här angivna itteratur, jfr äv. med Darcys ag, Ficks ag etc.!). D.ht Q~ ka-t D. x (g) med tryck- eer spänningsgradienten I definierad av ekvationen (h) och angiven i cm v.p. per cm förfyttning i strömmens riktning. Observera, att ekvationen (g) ovan endast är en enke proportionaitetsag och att D.htf D.x i överensstämmese med 54
Fig. 4. Laboratorieuppstäning av vacuumtryckkammare för bestämning av bindningskarakteristikor i större serier av prover. Bakom raden av tryckkammare öper en vacuumedning. Med hjäp av regeringsventier (se också fig. 2!) kan undertrycket i varje kammare individuet regeras. våra definitioner är positiv i strömmens riktning. Dessutom gäer för den stationära strömningen (i) A 1..._ a Antages strömningen nu icke ängre vara stationär, så gäer för varje tidpunkt t ekvationen (g) endast momentant, dvs. Qif------ / / / / / L> X )- Fig. 5. Schematisk bid av ett voymseement i jorden. På figuren införda beteckningar hänför sig ti häredningen i texten av en differentiaekvation för vattnets endimensionea strömning i omättad jord under infytandet av existerande differenser i det fysikaiska bindningstrycket (matric potentia). oh 1 dq = ka-dt 8X och Qi är nu skit från Q, eer Qi=I=Q, (j) (k) Övergången ti partie derivatbeteckning bestäms av att h 1 nu icke bara varierar med förfyttningen x utan även med tiden t eer Enigt fysiken måste dock det i kontinuitetsekvationen formuerade vikoret vara uppfyt. Detta kan här skrivas () (m) 55
w -------växer x Fig. 6. Schematisk bid av de i differentiaekvationen för vattnets strömning i omättad jord ingående storheternas tecken, växande och avtagande, nostäen m. m. där dqm betecknar förändringen i vattenmängd uti voymseementet dv=at.x cm 3 under tiden dt s. Vi får enigt ekvationen (j) eh dq. 1 ~ ka.--dt ' 'ex och enigt ekvationerna (j) och (f) (n) gång ti partie derivatbeteckning även för dwfdt, då w iksom h 1 måste vara en funktion av både x och t, sutigen ew e h 1 -~-OOket ex () Denna ekvation utsäger, att den okaa förändringen i vattenhat uttryckt i voymprocent per tidsenhet är = -100 k ggr förändringen av spänningsgradienten I uttryckt i cm v.p. per cm av förfyttningen i positiv riktning dvs. här för växande x. Observera att, enär I=ehtfex, så gäer (o) ex ex (a) Om den mot dqm svarande förändringen i vattenhat dw uttryckes i voymprocent, så måste gäa d w -At.x~ dq (p) 100 m Insättes de funna uttrycken på dq;, dqu och dqm i ekvationen (m), erhåes, om index för A strykes (Ai=Au) dw eh1 (eh1 e 2 h1 ) -At.x ~ ka-dt-ka -+- 2 t.x dt 100 ex ex ex (q) Förenkas detta uttryck, får vi efter över- Ekvationen () är en partie differentiaekvation av andra ordningen. Den är ti formen besäktad med några av fysikens mest bekanta differentiaekvationer inom teorin för värmets och eektricitetens strömning samt vågröreser och diffusion (jfr här också med XXI!). Den häredda differentiaekvationen för vattnets strömning i omättad jord är dock mer kompicerad än fysikens ovan antydda motsvarande ekvationer. Och detta främst av ett par i det föjande kortfattat antydda skä. Antaet oberoende variaber är två: tiden 56
t och ägesvariaben x. Detta överensstämmer het med fysikens motsvarande ekvation för t. ex. den endimensionea värmeströmningen i en stav. Se ekvationen (6) Längre fram! Antaet beroende variaber är emeertid här två: vattenhaten w och bindningstrycket ht. mot endast en beroende variabe i de åsyftade jämföreseekvationerna. Mot varje given vattenhat w svarar enigt våra antaganden ett bestämt bindningstryck hr dvs. (b) Detta samband är för reea system dvs. jordar som rege ej anaytiskt definierbart. Genom experimentea mätningar kan sammanhörande värden på w och hr emeertid bestämmas och grafiskt återges genom den s. k. bindningskarakteristikan (moisture characteristics) exempifierad på figur 9. Insättes uttrycket på hr enigt ekvation (b) ovan i ekvation (), erhåes aw a [hr(w)] -~-OOk-- at ax (2) viket uttryck visar den kompexa karaktären av ekvationen (1). Den andra kompikationen, som ekvationen () innesuter är dock ännu svårare att experimentet och anaytiskt komma ti rätta med. Vid häredningen av ekvationen () har vi förutsatt att k är en konstant och oberoende av vattenhaten w. Teoretiska (se t. ex. XIX!) och experimentea undersökningar visar, att detta icke är någon rege utan undantag. Emean genomsäppigheten k och vattenhaten w råder ett kompext samband dvs. k =k(w) (a) För w=n dvs. het vattenfyt porsystem antar k sitt största och för vattnets strömning under övertryck (grundvattenströmning) gäande värde. I övrigt är denna funktion starkt avtagande för sjunkande vattenhatsvärden. Om vi under dessa förutsättningar genom- går vår häredning finner vi, att ekvationen () bör skrivas aw ~ -100_(!_ [(ki:hr)j i:jt i:jx i:jx (3') eer om man mera tydigt vi markera de funktionea sambanden aw a [ ahr] - ~ -100- k( w)- i:jt i:jx i:jx (3") Denna ekvation gäer för den momentana, endimensionea strömningen av vatten i omättad jord under mycket amänna betingeser. Den enda förutsättning, som bivit gjord, är antagandet om att strömningen i varje ögonbick föjer en enke proportionaitetsag [ekv. (j)], och att det aktivt drivande trycket inuti ett system är bestämt av den i inedningen angivna ekvationen (b), som nu emeertid skrives där hr(w) betecknar bindningstrycket i en punkt med vattenhaten w och hr( w+ b. w) motsvarande tryck i en närbeägen punkt med vattenhaten w+ b. w. På figur 6 visas, hur de i ekvationen () förekommande storheterna och derivatorna vid en godtyckigt vad situation varierar med avseende på tecken, växande och avtagande, O-stäen etc. Några kommentarer kring och möjiga förenkingar av differentiaekvationen för vattnets strömning i omättad jord I många undersökningar och vid praktiska beräkningar t. ex. inom tekniken (se Bygg, sid. 323-326!) sätter man hr =hr(w) =ao +a1w (5) dvs. man antar, att ett ineärt förhåande existerar emean vattenhat och bindning. Detta får närmast uppfattas som en första grov approximation, som endast i begränsad 57
Fig. 7. Apparat för studier och mätningar av sambandet mean utströmning Q och tiden t vid oika påagda vattenavförande tryck h 1 Cyindriska provproppar med diametern 70 mm och höjden 50 mm bringas i kapiär förbindese med små porösa pattor. Pexicyindrarna 16, 17... 20 avser att skydda mot avdunstning. Byretterna kan evakueras, varigenom ett undertryck skapas mean pattor och gummiduksombindningarna (se under fig. 3!). Utströmmande vatten kan mätas i byretterna och värden för grafisk avbidning av funktionen Q= Q( t, h 1, I) enigt figur O kan erhåas. Apparaten är utbyggd med 20 kammare, 5 grupper med 4 st. paraet koppade kamrar i varje grupp. Maximat påäggbara spänningar ca 9 m v.p. omfattning och inom vissa vattenhats- eer fuktområden äger någon gitighet (jfr med ex., sid. 70, XIII!). Då gäer o h 1 o'w -=aox2 åx 1 2 och ekvationen () övergår ti - = -OOka ow ot o'w 1 ox' (a) (b) 58
-.Q _,.,.,., """ -, \,g,g - ~ ~... - Fig. 8. Övertrycksapparat utbyggd med 20 st. tryckkammare, 5 grupper med 4 st. kamrar i varje grupp. Kamrarna är provtryckta vid 50 atm. eer 500 m v.p. Ti höger syns regeringsventierna och ti vänster 4 st. tryckkamrar. Tryckuften kan tas från trycktub för komprimerad uft eer från kompressor. Här kan vattnets rörese i närheten av vissningsgränsen dvs. i spänningsområden upp mot 15 atm. studeras. Undersökningarna är tidskrävande, då vattnets röreser vid dessa höga spänningar och motsvarande åga vattenhater och k-värden är mycket ångsamma. som, om vi dessutom antar k=konst. och sätter övergår ti D= -OOka1 (c) åw i:j2w -~Dåt 8X 2 (6) Denna ekvation överensstämmer ti formen het med den för värmets edning i en stav gäande ekvationen (jfr med XXI, ekv. 3!). En omfattande teori har utarbetats kring ekvationen (6). Många genomarbetade ösningar finns att studera i den matematiska och tekniska itteraturen. Se b. a. Carsaw, H. S. och Jaeger, J. C., 1959! Lösningar ti ekvationen kan också under oika begynnese- eer randvikor studeras med hjäp av den i XXI beskrivna modeapparaten. Uppgiften att under oika antaganden om 59
begynnese- eer randvikoren bestämma eer finna ösningar ti ekvationen (3") är svår. Vi ska här ej heer försöka att ytterigare anaysera de matematiska konsekvenserna av ekvationen (3"). Uttrycket inom parentesen i ekvationen (3") kan omformas enigt nedanstående skrivning aht aht aw k(w) aw aw k(w)- ~ k(w)- ~ ~~ ~ ~ D(w) ~ ax aw ax aw ax ax där atså ö W D( w) ~ k( w): öht (a) första hand gäa för den horisontea ström (7) ningen. Någon forme svårighet, att vid häredningen beakta en i rummets tre dimeni angaamerikansk itteratur ofta benämnes»water diffusivity» (Kute, A. 1965). Ekvationen (3") kan då skrivas aw a [ aw] ~ ~ -100- D(w)~ at ex ax Kvoten (7) är bidad i anaogi med den inom teorin för värmets strömning uppträdande»therma diffusivity», D =Å/Y t c, dvs. kvoten mean värmeedningstaet Je och specifika värmet per voymsenhet Som bekant benämnes detta ta i svenskt språkbruk temperaturedningsta. Vattnets strömning i våra jordar antingen det gäer mättade eer omättade jordar sker atid under tyngdkraftens infytande. I vår häredning av ekvationen (3") har inget speciet hänsynstagande härti bivit gjort och vi får närmast tänka oss ekvationen (3") i (8) Derivatan öw(öht har vi tidigare mött i t. ex. XIII. Den har betydesen av voymprocent vatten per cm v.p. bindningstryck. E. C. Chiids (1965) benämner det numeriska värdet av denna derivata för»specific water capacity». Möjigen skue man kunna kaa detta värde den specifika vattenavgivande förmågan eer mera kortfattat den specifika vattenkapaciteten. Den specifika vattenkapaciteten är en för varje jord eer system karakteristiskt varierande storhet, som kan sägas ange den ätthet, varmed vatten kan uttas ur jorden eer systemet vid oika aktuea bindningstryck. Den specifika vattenkapaciteten kan bestämmas genom grafisk derivering av bindningskarakteristikan, wht kurvan. Funktionen k(w) kan också bestämmas genom grafisk anays av bindningskarakteristikan. Den teoretiska bakgrunden härför har presenterats i uppsats XIX. D(w) kan sedan erhåas genom att den i ekvation (7) angivna kvoten bidas och uträknas. 60 sioner skeende strömning föreigger emeertid icke. De partiea derivatorna av ht med avseende på y och z tikommer jämte derivatan av k(w) med avseende på djupet z. Om vi betraktar z som vår vertikat riktade ägesvariabe, djupvariabe, och räknar z positivt nedåt, så ger en förnyad häredning, att i detta fa gäer a w ~ - 100 _i_ [n( w) a w +k( w)] at az az (9) Denna ekvation kan betraktas som en utvidgning av den i XIII givna ekvationen (28) gäande för den stationära vertikaa strömmen i tyngdfätet. Enka praktiska observationer och omfattande egna experimentea mätningar jämte i itteraturen angivna data visar, att derivatan öw/öt under bestämda betingeser är en avtagande funktion dvs. vattenhatsförändringen per tidsenhet bir at mindre ju ägre vattenhaten bir. Detta innebär också, att uttrycket i ekvationens (3") högra membrum bir at mindre ju ägre vattenhaten bir, förutsatt att det under observation varande systemet ej står under infytandet av något utifrån påagt vattenavförande tryck, som växer med tiden. Påståendet kan då äga begränsad gitighet. Genom den mot strömmen vinkerätt
h,, m v.p. 100 000 10 000 d v 0,001 mm (J) 0,03 1000 0,04 700 0,06 500 0,08 400 0,10 300 0,15 200 0,20 150 0,30 100 0,43 70 0,60 0,75 50 40 - i 1!\ i - L -[- 1,0 30 1---+--+-+-t-f--i- ~---t-'-j_-t--1 --+--+-+--+---+---+-----+---+--+-J.-1---+---+----1 1,5 3,0 4,3 6,0 7,5 10 15 30 43 60 75 100 150 300 430 600 750 1000 1500 20 10 7 5 4 3 2 0,7 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,07 0,05 0,04 0,03 0,02 -! 1\ L j o '! '. ' :'J,, j_ 00 o 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50, 52 54 Voymprocent vatten, w p F 7,0 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0 5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Fig. 9. Bindningskarakteristika för en renfraktion av finmo med 0,02~d~0,06 mm (d=partikediameter). Den för renfraktioner utprägade egenskapen, att inom ett visst trängre spänningsområde förora eer avge mycket vatten föreigger här utprägat i området 3 ti 4 m v.p. Vid en ökning av ht från 3 m v.p. ti 4 m v.p. avgår ca 23 voymprocent vatten motsvarande 56 procent av porvoymen. Bindningskarakteristikan är ej fut rättvisande för provet eer partikemassan, då något över 3,5 voymprocent uft funnits i provet redan från början (se ångt ned i diagrammet!), städa ytenheten (cm ) strömmar per tidsenhet en at mindre mängd q cm 3 Minskningen i q är för ett givet system under bestämda yttre vikor enigt ekvationen (3") definierad av hur den kompexa produkten av edningsförmåga (=genomsäppighet) och spänningsgradient, angiven som derivatan av ht med avseende på x, varierar med vattenhaten w. Vi vet, att det vattenbindande trycket växer 61
Q mi 'TIT 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 ""' ~~---- 1- - 1/ '-r.-c I.X.. ~)-/ / ht; 600 c-~r f---~h t; 300 J j Q;Q(t, ht) ht i cm v.p. h t; 400 f-+-~ ht;500 Finmo 0,02:Sd:S0,06 mm o 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 13 2 t, t im. Fig. JO. Avrinningskurvor över utströmningen av vatten Q som funktion av tiden t och påagt vatten avförande tryck h t Kurvorna ger en intressant bid av hur de på figur 9 i diagrammet avsatta jämvikts vattenhaterna tidsmässigt uppnåtts. med avtagande vattenhat w. Ett itet eement a 3 cm med kantinjen Ia cm, som utsättes för ett bestämt vattenavförande tryck ht,a cm v.p., kommer som föjd härav att ge ett med tiden avtagande q-värde. Vi vet också, att k-värdet avtar med sjunkande vattenhat (jfr med det föregående och med XIX!), viket ikaså bidrar ti, att q värdet avtar med tiden och att efter en viss tid t, så gäer q=o. Detta inträffar, då enigt ekvationen (c) Våra experimentea metoder att bestämma, hur ht,b varierar med vattenhaten, är jämföresevis goda (se figurerna och figurtexten ). Metoderna att bestämma k:s motsvarande beroende av w är däremot ännu outveckade och bristfäiga. I vårt and iksom för övrigt i hea Norden har mig veterigt knappast någonting bivit gjort på detta område. Studiet av det»bundna» vattnets rörese eer av vattnets rörese i omättad jord ängs de av ekvationen (3") tecknade injerna stäer oss inför stora teoretiska och experimentea svårigheter. Det är naturigt att stäa frågan, om några andra vägar kan utfinnas. Något svar på den formuerade frågan ska inte ges här utan endast en antydan om den experimentea metod, som vi försöker utvecka vid Institutionen för antbrukets hydroteknik. Antag, att en cyindrisk provpropp med diametern d cm och höjden h cm i sin ena ändyta utsättes för ett bestämt vattenavförande tryck ht,a cm v.p. Het amänt måste då gäa, om vi i detta sammanhang tisvidare bortser från experimentea probem, att q = q(t, ht,a I) (O) 62
q, mikro./tim., 38,5cm2 10000 7000 5000 4000 3000 2000 1000 700 500 400 300 200 100 - t:== h t= 600 v / i " h t= 500 1/ d Q q.=ci"t=q.{w, ht 7 ht i cm v.p. - v... v 1-- Fin mo v /v v 0,02:5 d :50,06 mm 7 70 50 40 30 ht=400 20 10 7 5 4 3 2 ht= 300 o 2 4 6 a 10 12 14 16 1a 20 22 24 26 2a 30 32 34 36 38 w, voymprocent Fig. 11. Kurvor över den vattenavgivande förmågan q som funktion av vattenhaten w och det vattenavförande trycket h 1. Kurvorna har erhåits genom beräkning av derivatan dqfdt (kan äv. bestämmas grafiskt) ur det tabemateria, som igger bakom konstruktionen av diagrammet på figur 10. En saming iknande kurvor för oika jordarter skue ge oss väsentiga uppysningar icke bara om aktue bindning utan även om aktue rörighet av det vatten som finns i en jord vid oika mättnadsstadier eer voymprocent. där q är den vattenavgivande förmågan hänförd ti hea proppytan nd 2 /4 cm, t är tiden och ht.a det vattenavförande trycket samt I står för de ej expicit uttryckta variaberna (t. ex. jordart, proppstorek, proppyta etc.). Mutipiceras ekvationens (3") båda membra med nd 2 h dt (a) 4 100 63
så erhåes nd 2 h dw nd 2 h a [ aht] dq ~- -~ -- - k(w)-- dt 4 100 4 ax ax (b) Mutipiceras ekvationens (O) båda membra med d t, erhåes dq = qdt = q(t, ht,a I)dt (c) Härigenom har vi etaberat ett samband mean q-funktionen och vår kompicerade differentiaekvation. Vi ser också, att ett enket förhåande råder mean q och w, viket innebär, att om q är känt som funktion av tiden, så är även w som funktion av tiden bestämd (jfr med figur O och 11!). Eimineras tiden ur uttrycken på q och w, får vi q =q(w, ht> I) (11) Experimentea arbeten ängs de här antydda injerna pågår mer eer mindre kontinuerigt vid institutionen. En grafisk bid av funktionen () för oika jordar, bestämda J, och oika påagda vattenavförande tryck (ht,a=ht,b=ht) skue tiåta oss att göra många viktiga anayser av hur växternas vattenförsörjning beror av vattnets magasinering, bindning och rörese i jordarna. Kurvorna på figurerna 9, 10 och 11 har medtagits som en exempifierande beysning av de här kortfattat antydda förestäningarna och experimenten. Vår häredning av och våra kommentarer kring den för vattnets strömning i omättad jord gäande differentiaekvationen har visat, att den teoretiska anaysen bjuder på stora svårigheter. En av praktiska behov begränsad och ur experimentea synpunkter kart formuerad frågestäning synes här iksom i många andra sammanhang erbjuda de mest framkomiga vägarna. Den teoretiska anaysen ger oss emeertid ökade möjigheter att se sammanhangen och att formuera den experimentea måsättningen så, att maxima information kan erhåas. Littera turförteckning Andersson, S., 1962. Markfysikaiska undersökningar i odad jord. XIII. Några teoretiska synpunkter på vattenhatskurvor, dräneringsjärnvikter och porstor!eksfördeningar. Grundförbättring, 15, 51-108. - 1969. Markfysikaiska undersökningar i odad jord. XIX. Teoretiska modestudier av kapiära systems k-värden som funktioner av porstoreksfördening, bindningstryck och vattenhat. Grundförbättring, 22, 143-154. Andersson, S. & Wikert, P., 1970. Markfysikaiska undersökningar i odad jord. XX. Studier av några markprofier i Norrand. Grundförbättring, 23, 3-76. Andersson, S., 1971. Markfysikaiska undersökningar i odad jord. XXI. Om en apparat för modestudier och demonstrationer av grundvattenströmningar, värmeströmningar och diffusion. Grundförbättring, 24, 3-17. Bygg, 3 upp[., Band., s. 323-326. Stockhom. Carsaw, H. S och Jaeger, J. C., 1959. Conductian of Heat in Soids, 2. upp!., Oxford University Press. Chids, E. C., 1965. The physica basis of soi wafer phenomena. John Wiey & Sons Ltd. London New York-Sydney-Toronto. Irrigation of Agricutura Lands, 1967. Nr 11 i serien Agronomy. Wisconsin, USA. Kute, A., 1965. Wafer Diffusivity. Agronomy, No 9, Part, s. 262-272. Wisconsin, USA. Professor Sigvard Andersson, Institutionen för markvetenskap, Avd. för antbrukets hydroteknik Lantbrukshögskoan 750 07, Uppsaa 7. 64
Grundförbättring, 24, 1971:2, 65-67 By i mark och växter I. Vid motorväg i Skåne Av Lambert Wikander I en tidigare undersökning (Wikander 1970) har haten by i snötäcket, i markens ytskikt och i en vetegröda och en granhäck bestämts på oika avstånd från en starkt trafikerad huvuded i Uppsaa. I föreiggande arbete ska data meddeas över byanrikning i mark och växttäcke vid motorvägen mean Hesingborg och Mamö. Provtagning och anaysförfarande Proven togs vid Gumsövs backar, ca 7 km norr om Landskrona, den 5 juni 1971, fig.. Jordproven togs öster om vägen ängs en vinkerät inje på avstånd som framgår av tab. på höstpöjd men ej harvad åkermark, från ytskiktet, 0-1 cm, och från matjorden, 0-20 cm. Av fjoårets grästäcke gjordes provtagning på patser och avstånd som framgår av fig. och tab. 2. skinad i byhat mean ytskiktet 0-1 cm och matjorden 0-20 cm är ett mått på byavsättningen under vinterperioden direkt orsakad av motortrafiken. I jordproven bestämdes i två paraeer ättösigt by genom skakning (24 tim.) av 10 g jord med 100 mi ösning av 0,5 M NH 4 Ac + M HA c (ph 4,46) och centrifugering. I samma prov bestämdes därpå svårösigt by genom kokning (2 tim.) med 2 M HN0 3. Extraherat by anayserades med atomabsorptionsspektrofotometer. Haten by i växtproven (dubbeprov) bestämdes genom uppsutning med H 2 S0 4, suprapur, vid 40 C i tim. och därefter vid 120 över natten. Efter föraskning vid 450 under tim. extraherades på värmepatta i tim. med HCI :, suprapur. Efter fitrering behandades fiterpapperet med rest på samma sätt som provet, varefter ösningarna förenades och anayserades på by. Byanrikning i marken Av tab. framgår att byhaten är högst nära vägen och avtar snabbt med avståndet för att bi konstant på cirka 40 m. Detta gäer såvä ättösigt som svårösigt by. Medehaten för totaby från 40 ti 100 meter är 21,3 ppm och utgör såedes häften av motsvarande hat 5,5 m från vägen. Den direkta inverkan av motortrafiken med avseende på byavsättningen är därför begränsad ti ett ca 40 meters bäte ängs vägen. Detta stämmer vä med resutaten från Uppsaa (Wikander 1970). Bredden av detta bäte är givetvis påverkad av terrängförhåandena, förhärskande vindriktning, vindhastighet samt förekomst av skog. Utanför denna zon är byanrikningen mer ikformig och där spear andra bykäor en reativt sett större ro. Matjordens (0-20 cm) byhater är ungefär desamma som i ytjorden på 40-100 m 65
N Tabe 2. Haten by i gräs på oika avstånd från motorväg, ppm av torrs. Gräsart er: Agrostis stoonifera, Festuca rubra. Jfr fig. Motorväg Avst. från vägkant, m By, ppm o 567 4 257 JO 322 20 255 30 239 s ~r~v_!~~~~i.!:_j~_!_ö_r::_ Jordprov Fig.. Skiss över patsen vid Gumsövs backar där uttagning av jord- och växtprov gjorts på båda sidor om motorvägen Hesingborg-Mamö. från vägen, viket även detta tyder på en ringa byavsättning på ängre avstånd från vägen. Haterna igger högre än motsvarande vid Utuna men faer dock inom det koncentrationsområde som påvisats på vissa andra okaer. rubra, som bidade en tät matta och som under sommar- och vinterperioden mottagit uftburet by. Som tabe 2 visar är byhaterna mycket höga, även upp ti avståndet 30 m från motorvägen. Anays av grässvåen, som utgör en anrikningshorisont, skue säkerigen ha givit än högre värden. Det torde vara stät utom at tvive att gräs med så högt byinnehå är otjänigt som djurföda. Bete och höproduktion nära starkt trafikerade vägar måste därför betecknas som oämpiga på grund av den anrikning av by i näringskedjan detta kan innebära. Byhaten i växttäcket De uttagna växtproven utgjordes av dött gräs, Agrostis stoonifera och Festuca Tabe. Lättösigt (NH.Ac-HAc) och svårösigt (HN0 3 ) by i ytjord (0-1 cm) och matjord (0-20 cm) i reation ti avståndet från motorvägkant Djup cm O-J 0-20 Avst. från Lättvägkant ösigt m ppm 5,5 9,5 10 3,5 20 2,7 40 2,2 60 2,2 100 J,8 JO J,5 30 2,0 Svårösigt p pm Utöst Totat p pm 33,4 42,9 24,5 28,0 22,0 24,7 17,6 19,8 2J,3 23,5 J8,9 20,7 J8,2 19,7 J8,J 20,J Summary Lead in soi and pants Soi sampes of the surface ayer (0-1 cm) of a cutivated fied, eft undisturbed after the autumn tiage, were coected on June 5th 1971 at various distances from a highway in Scania. The amount of air-dispersed ead deposited and accumuated on the soi surface during the winter season was determined, in easiy and difficuty soube forms, and compared with the corresponding ead concentrations in the ayer 0-20 cm. Tota ead in an adjacent grass fied (unmown) was aso assayed. Highest concentrations, 9.5 ppm Pb of easiy soube ead and 33.4 ppm of difficuty soube ead, were found 5.5 m from the road. At a distance of 40 metres or more the Pb eve was fairy constant, 66
showing no direct infuence from the traffic (Tabe 1). The previous season's grass has a very high ead content (Tabe 2), and is unsuitabe as fodder. Grazing or hay production cose to a highway is therefore not advisabe. Litteratur Wikander, L., 1970. By i mark och växter I. Inverkan av motortrafik. Grundförbättr., 23, 163-169. Professor Lambert Wikander, Institutionen för markvetenskap, Avd. för markära, Lantbrukshögskoan, 750 07 Uppsaa 7. 5-713866 Grundförbättring 1971:2 67
Grundförbättring, 24, 1971:2, 69-75 Utakning av näringsämnen 2. åkermark vid Marsta och Gammastorp Av Lambert Wikander och Gunnar Hagren Utakning av växtnäringsämnen i mark är ett viktigt ed i grundämnenas kretsopp i naturen. Omfattningen av denna utakning har vanigen beräknats genom anays av vattnet, uttryckt som mgjiter, och uppskattning av avrinningen i iter jm 2 eer iter j ha. Svagheten i denna metod igger i den stora svårigheten att erhåa riktiga värden för avrinningen. Ett annat förfarande baseras på ysimetermätningar som dock säan het motsvarar förhåandena i fät och därför bäst ämpar sig för speciea frågestäningar. Kvantitativa mätningar av näringsämnesföruster genom utakning under fätbetingeser måste innefatta noggrann mätning av avrinningen från fätet ifråga under samtidig provtagning av vattnet för kemisk anays. Sådana undersökningar påbörjades år 1949 vid den då nybyggda avrinningsstationen Marsta 8 km norr om Uppsaa (Wikander & Hagren, 1960). Försöksanordningen var sådan att avrinningen genom dräneringssystemen och ävenså ytavrinningen kunde registreras. Genom regebundna provtagningar och kemiska anayser av vattnet, innefattande aa perioder av året under vika avrinning förekom, kunde utakningsförusterna per ha och år beräknas. Dessa och iknande studier har sedan fortsatts under oika perioder och på skida försökspatser för att en hehetsbid av utakningens omfattning under oika betingeser skue vinnas. Då undersökning- 5* - 713866 Grundförbättring 1971: 2 arna nu i huvudsak är avsutade, kommer sammanstäningar över resutaten att meddeas i denna tidskrift. Föreiggande rapport omfattar resutaten från avrinningsstationerna i Marsta, Uppsaa än, perioden november 1949- apri 1953 samt Gammastorp, Sicaraborgs än, perioden december 1951- apri1954. Emeertid varierar avrinningen från dränerade fät starkt från år ti år. Vissa år förekommer överhuvudtaget ingen avrinning. Det hade därför varit önskvärt med ängre mätserier än 4 respektive 3 år för erhåande av säkrare uppgifter över den kvantitativa utakningen och dess variationer. Vi har emeertid av oika skä måst begränsa försöksserierna från Marsta och Gammastorp på sätt som skett. Data från mätperioder under 1958-1969, även innefattande fera andra stationer, kommer att infyta senare. De uttagna vattenproven anayserades på institutionen för markära med avseende på ph, eektrisk edningsförmåga samt innehået av Ca, Mg, K, Na, Mn, Cu, C, S (SOcS), och P (POcP). Avrinningsmätningarna ombesörjdes av institutionen för agronomisk hydroteknik. Försökspatserna Marsta Då detta försöksfät med avrinningsstation beskrivits i ovan angivna artike må här en- 69
dast nämnas att det omfattar en area av 10 ha åker med kvadratisk form och omges av meanera - styv era i matjorden, något - måttigt muhatig, och av styv.era i aven. De övre agen är av postgaciat ursprung och de undre av gaciat. I fätets norra de går den kakrika varviga eran upp i matjorden medan den i fätets sydiga de igger djupare. ph (H 2 0) i matjorden är ca 6,2-7,5 och i aven ca 7,0-8,3. Basmättnadsgraden är såedes nära, vid eer över 100%. Enigt Mattson et a. (1950) saknas i matjorden och avens övre de vattenösiga korider och sufater het eer förekommer endast som spår. Nederbörden vid det näriggande fygfätet Ärna uppgick åren 1949-1953 i medeta ti 467 mmjår. Undersökningarna har omfattat två oika dräneringsdjup, 0,7 och 1,1 m, vardera innefattande två paraesystem om, 72 ha. Ett särskit system var anagt för uppsaming och provtagning av ytvatten. Gröda och gödsing på försöksområdet: 1949. Träda. stagödse ca 30 tonjha. 1950. Höstvete. Kaksapeter 200 kg/ha som övergödsing på våren. 1951. Bandsäd. Superfosfat 150 kg+ kaksapeter 200 kg. 1952. Va. Superfosfat 300 kg som övergödsing på våren. Gammastorp Området är beäget på den s. k. Kåkindssätten och omfattar 19 ha enbart åker, tihörande Gammastorps gård ca 2 mi öster om Skövde. Jordarten utgöres av mufattig, starkt mjäig ättera, ph 6,2, underagrad av styv gaciaera på ca 0,5 m djup. Nederbördsområdet är ganska kuperat, viket är vanigt i denna trakt. Mätstationen som utgjordes av ett 90 överfa byggdes 1949 samtidigt med att ett täckdikningsförsök utades inom området med dräneringsdjupet 0,75 m. Detta avvattnas genom en med dagvattenbrunnar försedd täckt ed- ning som i sin nedersta sträcka har dimensionen 225 mm. Den uppmätta avrinningen utgör såunda summan av dagvatten och grundvattenavrinning. Vid vårfödena torde ytvattenavrinningen ha dominerat, medan födena på hösten huvudsakigen utgjorts av grundvatten. överfaet var inbyggt i en 2 meters kuvert för att vara skyddat mot frost, varför mätningarna i stort sett kunnat ske året om. Fram ti 1957 verkstädes avrinningsobservationerna manuet. Nederbörden uppmätt i Skövde uppgick ti 720 mmjår som medeta under åren 1951-1954. Gröda och gödsing på försöksområdet: 1951. Höstvete. Kaksapeter 200 kgjha som övergödsing på våren. 1952. Bandsäd. Kaksapeter 200 kg som övergödsing på våren. 1953. Träda. stagödse ca 30 tonjha i jui. Försöksresutat Marsta I tabe och fig. har sammanstäts den totaa avrinningen i m 3 /ha från områdena med 0,7 och 1,1 m dräneringsdjup och motsvarande utakning under de perioder avrinning förekom. Totaa mättiden omfattade 4 år. Avrinningen, som varit mycket större från djupet 1,1 m än från 0,7 m, har varierat betydigt från år ti år men kan i stort sett betecknas som norma. Den uppgick i medeta under 4-årsperioden ti 44 mm j år för dräneringsdjupet 0,7 m och ti 96 mmjår för djupet 1,1 m. ph i vattenproven åg för fertaet mean 7 och 8, med medetaet 7,8 för 0,7 m systemen och 7,9 för 1,1 m systemen. Motsvarande eektriska edningsförmåga var 3,7 x w-4 och 4,4 x w-4 ohm-1 som medeta, såedes indikerande starkare utakning på det större dräneringsdjupet 70
Tabe. Utakning av narmgsämnen med dräneringsvattnet vid Marsta, Uppsaa än, under 4 år, 1949-53, angiven des i kg/ha under angiven avrinningsperiod och des som medeta i kgjhajår under hea fyraårsperioden. Koncentrationen i mg/ (för Cu i pgj) utgör genomsnittsvärdet baserat på tota avrinning. S:a Dr än. avrindjup ni ng, m m 3 /ha Ca Mg K N a C u C1 s p Utakning, kg/ha Avrinningsperiod 11/11 1949-1/11 1950 0,7 436 29,7 1,1 1,1 231 87,1 3,2 Avrinningsperiod 6/4-27/4 1951 0,7 986 94,4 10,2 1,2 1,1 318 156,1 19,7 1,9 Ytvatten 66 6,3 0,67 0,09 Avrinningsperiod 4/4-23/4 1952 0,7 180 9,9 1,95 0,63 1,1 552 72,5 12,20 1,10 Avrinningsperiod 24/11 1952-7/4 1953 0,7 144 7,1 1,17 0,25 1,1 744 39,0 7,6 1,5 Ytvatten 30 0,51 0,08 0,07 Utakning, kg/ha/år, 1949-1953 m 3 /ha/år 0,7 437 35,3 4,5 0,79 1,1 961 88,7 13,2 1,9 Ytvatten 32 2,3 0,25 0,05 Koncentration, mg/ 0,7 80,7 10,2 1,8 1,1 92,3 13,7 2,0 Ytvatten 71,0 7,8 1,6 4,6 0,012 2,9 0,7 14,1 O,D38 9,4 2,3 3,2 0,006 5,6 5,0 0,050 6,3 0,008 8,1 6,0 0,050 0,25 0,000 0,39 0,42 0,002 1,21 0,007 0,58 0,56 0,009 6,25 0,019 2,74 2,65 0,043 0,65 0,000 0,21 0,17 0,014 3,8 0,002 1,9 1,11 0,057 0,09 0,000 0,05 0,043 0,002 2,4 0,006 2,3 1,6 0,024 7,6 0,017 5,5 3,0 0,038 0,11 0,000 0,15 0,15 0,001 f g f 5,6 14 5,3 3,7 0,055 7,9 17 5,8 3,1 0,052 3,5 0,0 4,6 4,8 0,039 Förusten av kacium var mycket stor från djupet 1,1 m, speciet under 1951, och även av magnesium var den betydande, viket är i överensstämmese med att marken har hög basmättnadsgrad och innehåer karbonat inom en de av området. Som medeta var kaciumförusten 35 kg j haj år från djupet 0,7 m och 89 kgjhajår från djupet 1,1 m. Av övriga näringsämnen med undantag för magnesium var utakningen så ringa att den saknar praktisk betydese. För kaium och svave kompenseras förusterna het ge- nom den atmosfäriska tiförsen som enigt Eriksson (1960) kan uppskattas ti 3-7 kg K och 10-22 kg S per ha och år. De åga mängderna av C ochsär i överensstämmese med de ringa hater som Mattson et a. (1950) påvisade vid studium av en markprofiserie från Marsta. Av fosfor är bortförsen så obetydig, ca 40 gjhajår, att den het saknar betydese. Detsamma gäer mikroeementet koppar. Mangan förekom endast som spår i dräneringsvattnet och har därför ej redovisats. Då ytvattenavrinningen varit åg är nä- 71
90 50 60 oa 50 C.:: 40 en -"' 30 20 10 Ca Mg K Na C s Fig.. Utakning i kgfhafår som medeta av 4-årsperioden 1949-1953 vid Marsta, dräneringsdjupet 1,1 m. Leaching at Mm sta, kgfhafyear, average of 4 years, drain depth 110 cm. ringsämnesförusterna denna väg utan betydese. De uppgår med undantag för Ca endast ti en bråkde av det atmosfäriska tiskottet. Som föjd av det större vattenmagasinet för dräneringsdjupet 1,1 m än för 0,7 m har avrinningen varit mycket större, 120%, och utakningen avsevärt högre på det större djupet. En direkt proportionaitet kan man inte vänta mean djupet å ena sidan och avrinning och utakning å den andra eftersom evapotranspirationen inverkar starkare vid grundare dränering. Detta förhåande är mer markerat under år med åg nederbörd, viket framgår av en jämförese mean avrinningsperioderna i tab.. Dessutom ändras ofta proportionen av utbytbart Ca, Mg och H med djupet i marken, viket ökar den bristande proportionaiteten. Utakningens storek varierar som synes starkt från år ti år. Detta sammanhänger... ~ 30 C.!: ~20 -"' Ca Mg K Na C S Fig. 2. Utakning i kg f ha/ år som medeta av 3-årsperioden 1951-1954 vid Gammastorp. Ytvattnet ingående i dräneringsvattnet. Leaching at Gammastorp, kgfhafyear, average of 3 years, drain depth 75 cm. Surface run off incuded. med nederbördens storek och fördening under året, tjädjup och snösmätning, men även med grödans art och utvecking. Den är såunda större på obevuxen än bevuxen mark. Vissa år förekommer ingen avrinning as. Den i tabe och fig. angivna genomsnittiga utakningen under fyraårsperioden har beräknats som ett mått på de föruster som normat kan förväntas. Koncentrationen i dräneringsvattnet, som bestämdes anaytiskt i varje uttaget prov, varierade något under mätperioderna. Med hänsyn ti att avrinningen uppvisade stora variationer har därför i tabe angivits den genomsnittiga koncentrationen för fyraårsperioden, erhåen genom division av de totaa utakade mängderna med den totaa avrinningen. Detta medevärde ger en bättre uppfattning om koncentrationen i vattnet under avrinningstiden än ett medeta av de enskida anaystaen utan beaktande av avrinningsintensiteten. Dessa senare medeta har också beräknats och visat sig igga nära de vägda medekoncentrationerna. Haten Ca i vattnet är hög, 80,7 mgj för djupet 0,7 m och 92,3 mgj för djupet 1,1 m, innebärande betydigt större kon- 72
Tabe 2. Utakning av näringsämnen med dräneringsvattnet vid Gammastorp, Skaraborgs än, under 3 år, 1951-1954, angiven des i kg/ha under angiven avrinningsperiod och des som medeta i kg/ha/år under hea treårsperioden. Ytvattnet ingående i dräneringsvattnet. S:a Avrin- avrinnings- ni ng, period m 3 /ha Ca Mg K 5/12 51-30/4 52 318 19,8 3,3 0,71 12(11 52-23/6 53 2 818 57,4 20,8 4,7 10/11 53-12/4 54 2 260 57,8 18,4 7,6 Utakning, kgfhafår, 1951-1954 Koncentration, mg(! m 3 /hafår 799 45,0 14,2 4,4 25,0 7,9 2,4 N a C u C! s p 3,7 0,008 6,8 2,75 0,0083 24,1 0,021 3,6 37,4 0,096 16,8 0,013 15,0 38,8 0,028 14,9 0,014 8,5 26,3 0,044 p g/ 8,3 7,8 4,7 14,6 0,024 centrationer än medetaet för dräneringsvattnen från hea andet, 44,9 mgj (Wikander 1970), men Ca-haten faer vä mean medetaet, 73,1 mgj!, och maximumvärdet, 149,2 mgf, för dräneringsvatten från Uppand enigt samma undersökning. Mg-haterna är också betydande och igger nära medetaet för hea andet, 11,9 mg j!. Av övriga eement är K, Na, C! och s haterna åga och igger avsevärt under»riksmedetaen». P visar däremot högre värden, viket torde sammanhänga med den reativt höga P-haten i Uppands gaciaeror. I ytvattnet är koncentrationen av Ca något ägre än i dräneringsvattnet men dock hög, 71 mg Ca/. Även Mg-haten är ägre än i dräneringsvattnet För övriga eement, bortsett Cu, är koncentrationen ungefär densamma i de båda vattnen. På grund av den ringa ytvattenmängden bir dock förusterna av näringsämnen denna väg het betydeseösa. Gammastorp Resutaten från försöket på Gammastorp har sammanfattats i tabe 2 och fig. 2. Medeavrinningen under treårsperioden har varit reativt stor, 180 mm per år. Härvid är dock att märka att även ytvattnet ingår i de uppmätta mängderna. Som väntat dominerar förusten av Ca, i medeta 45 kgfhajår, men denna är dock endast häften av Ca-utakningen på djupet 1,1 m på Marsta. Skinaden betingas av att karbonat saknas och att innehået av utbytbart Ca är ägre i Gammastorpsjorden. Utakningen av svave är överraskande stor och torde sammanhänga med ufttiförse från industriea rökgaser från Skövde, där industrierna enigt uppgift använt bränse med högt svaveinnehål Förusten av Mg är betydande och detsamma gäer Na. I övrigt är näringsämnesförusterna små och utan praktisk betydese i ikhet med faet på Marsta. Ä ven anayser på mangan har utförts men haterna var i många fa för åga för en kvantitativ bestämning, varför dessa värden ej medtagits i denna rapport. Koncentrationen i dräneringsvattnet är åg och understiger, med undantag för Cu, väsentigt medetaen för dräneringsvattnen 73
från 1965 för hea andet (Wikander 1970). Den eektriska edningsförmågan, 2,24 x w-4 ohm-, är i överensstämmese härmed ägre än för omnämnda dräneringsvatten, 5,4 x 10-4, och ävenså för Marsta 4,4 x 10-4. ph i vattnet från Gammastorp, 6,64, är ägre än medetaet för dräneringsvattnen, ph 7,07, och från Marsta 7,8 och 7,9. Den starka avrinningen vid Gammastorp, innefattande även ytvatten, torde vara en de av förkaringen ti skinaderna. Proportionen av katjoner och anjoner i dräneringsvattnen Beräkning av medevärdet för den moära koncentrationen av 2:Ca,Mg,K,Na i vattnet gav taen: Gammastorp 1,37 mmoj; Marsta ytvattnet 2,28, 0,7 m 2,72 och 1,1 m 3,26 mmoj. Motsvarande medevärde för dräneringsvattnen från hea andet var 2,65 mmoj. I nederbörden är koncentrationen ca 0,04 mmoj. Dessa ta visar att dessa katjoner har en ångt högre koncentration i dräneringsvattnet än i nederbörden och att vattnet från Marsta igger över medetaet från hea andet och har en ungefär dubbet så hög hat som vattnet från Gammastorp. Proportionen på normaitetsbasis av utakade anjoner, ~c-,s0 2 4 -, och katjoner, 2:Ca2+,Mg2+,K+,N a+, anjonerna beräknade i % av katjonerna, uppgår ti föjande värden: Marsta: Gammastorp: Hea andet: Ytvattnet Drändjupet 0,7 m 1,1 m 9,8% 7,4% 5,8% 45,0% 63% (~CI-,S04 2 -,N03-) Härav framgår att huvuddeen av de anjoner som åtföjer katjonerna vid utakningen måste bestå a v H CO 3-. Detta är särskit utprägat på den karbonhatiga Marsta-eran och minst markerat på Gammastorp där utakningen av S0 4 2 -, abso- ut och reativt sett, är mycket större. Inverkan av N0 3 - i detta hänseende är ringa på grund av dess åga koncentration. Summary Leaching of pant nutrients II. In cutivated soi at Marsta and Gammastorp The oss of nutrients by eaching in cutivated sois has been studied by anaysis of drainage water and measurement of the discharge. The studies have been conducted at Marsta, 8 km north of Uppsaa, during a period of 4 years, and at Gammastorp, 20 km east of Skövde, during a period of 3 years. The Marsta experimenta fied covers an area of 10 ha and has two drain depths, 70 and 11 O cm, and separate registration of the surface run off. The soi consists of Postgacia cay underaid by cacareous Gacia cay. The experimenta fied of Gammastorp, of 19 ha, consists of sity oam underaid by noncacareous Gacia cay. Drain depth 75 cm. The eaching osses in kgjhajyear as averages of the experimenta periods were as foows: Marsta, 110 cm depth: Ca 89, Mg 13.2, K 1.9, Na 7.6, Cu 0.017, C 5.5, S 3.0, and P 0.038 kgjhajyear. Gammastorp, 75 cm depth: Ca 45.0, Mg 14.2, K 4.4, Na 14.9, Cu 0.014, C 8.5, S 26.3, and P 0.044 kgjhajyear. The abundance of Ca in the Marsta soi is refected in the high eaching of Ca. The drain depth of 70 cm showed much smaer osses of Ca, Mg and K than that of 110 cm. The eaching of Mg, K, S and P is too sma to cause poution of natura waters. Litteratur Mattson, S., Eriksson, E., Kouter-Andersson, E., Barkoff, E., Ståhberg, S. och Vahtras, K., 74
1950. Phosphate reationships of soi and pant. VII. Forms of P in the Marsta hydroogic cay series. Kung. Lantbrukshögsic Ann, 17, 222-246. Wikander, L., 1970. Utakning av näringsämnen.. Haten i dräneringsvatten. Grundförbättring, 23, 117-141. Wikander, L. och Hagren, G., 1960. Utakning av näringsämnen ur dränerad jord. Grund/örbättring, 13, 71-77. Professor Lambert Wikander, Avd. för markära, och professor Gunnar Hagren, Avd. för Iantbrukets hydroteknik, Institutionen för markvetenskap, Lantbrukshögskoan, 750 07 Uppsaa 7. 75
-----------------
Grundförbättring, 24, 1971: 2, 77-80 Underhået av vattendrageni En kort orientering om grannändernas agstiftning A v Göte Grebing Min uppgift är att ge en kort orientering om grannändernas agstiftning rörande underhået av vattendragen. För att också ge en tidsaspekt på ämnet vi jag emeertid börja med att citera ett par tidigare bestämmeser i svensk agstiftning. För en tid sedan hittade jag i en bondgård i Häsingand en gamma agbok, tryckt år 1736. I denna, dvs. i 1734 års ag, finner man i Byggningabakens 4:e kap.»huru wägar och diken i by äggas skoa, och hwad tiökning then niuta ska, som sin åker therwid får: Afopsdike bör äggas av oskift mark, twå och en haf, eer twå anar bredt, en an diupt, och en an på botn, at som nödigt är, och ägenhet therti finnes.» Och i 6:e kap. finner vi vad agen säger om underhå av diken under rubriken»huru åker och äng skoa häfdas och ökas, gärdesgårdar stängas, och diken gräfwas: Ae i by skoa håa afops- och foddiken efter theras ägor. Nytt dike ska then, som tarfwar, för sin åker åhriga gräfwa minst fyratijo famnar, eer upprensa åttatijo famnar gammat dike; afopsdike så diupt och bred t, som förr sagd t är...» Och i nästa paragraf finner vi ett spänstigt och evande språk från de gama andskapsagarna:»nu igga grannars åkrar wid hwarandra; hafwe tå haft dike hwarthera. Möta bys diken annars bys diken, gräfwe hwar up för sig 1 Föredrag vid Säskapets för agronomisk hydroteknik årsmöte i Stockhom den 9 mars 1971. genom sina ägor, eer böte twå daer, och fye skadan.» Går vi fram ytterigare i tiden, finner vi en Kung. förordning om strömrensning för amänt behov. Jag citerar:»aa rikets Udersåtare skoa årigen sommartiderne, då vattnet är som mest utfaet, så vä å kronans som enskidas ägor, under vederbörig tisyn, upprensa och vid sitt naturiga afopp vidmakthåa aa större och mindre strömmar, åar och bäckar; skoande Konungens Befaningshafvande fördea kostnaderna härför änets innevånare emean.» Förordningen från 1764 kompetterades under 1800-taet och gäde t. o. m. några år sedan dikningsiagen av år 1879 trätt i kraft. De grunda dikena enigt 1734 års ag har bivit dubbet så breda och djupa enigt en Kung. förordning på 1850-taet. Åar och bäckar ska rensas. Man kan spekuera i de förändringar, som inträtt i det svenska samhäet och som kräver agändringar. Enkaste förkaringen är nog enigt min mening, att odingarna fyttat ner från högt beägen mark, ner på ängar och andra ågmarker. Och idag pendar utveckingen på många stäen tibaka, som ju var och en kan se. Innan jag går vidare, bara ett par ord om varför man ägnar intresse åt andra änders vattenag. Fertaet av mina åhörare är orienterade i den svenska vattenagen och med den bakgrunden är det vämotiverat att ifrågasätta, om det kan vara av behovet 77