EFFEKTER AV JORDBEARBETNINGSSYSTEM PÅ VATTEN-, SEDIMENT- OCH FOSFORTRANSPORT I ÖVRE DELEN AV MARKEN VID OLIKA REGNINTENSITET

Sammanfattning av slutrapport
Det finns idag ett behov av åtgärder för att minska fosforförluster från land till vatten. Syftet med projektet har varit att öka kunskapen om storleken på vatten-, sediment- och fosfortransporter i övre delen av markprofilen. Fält- och laboratoriestudier har genomförts i försök med olika jordbearbetning. Resultaten visade på en något högre avrinning och lägre turbiditet för reducerad jämfört med konventionell bearbetning. Turbiditet och P-koncentration i utflödet tenderar att öka med ökad avrinning.

There is today a need for measures to reduce phosphorus losses from land to water. The aim was to increase knowledge of the magnitude of water, sediment and phosphorus transport in the upper part of the soil profile. Field and laboratory studies have been conducted in trials with different tillage systems. The results showed higher runoff and lower turbidity in reduced compared to conventional tillage. Turbidity and P concentrations in runoff water tend to increase by increased runoff.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Syfte med studien

Det finns idag ett stort behov av åtgärder för att minska fosforförluster och transport av sedimenten från land till vatten. Ett stort hinder i detta arbete är att vi inte har tillräckligt med kunskap om bakomliggande orsaker för fosforförlusterna. Syftet med detta projekt har varit att öka kunskapen om hur olika regnintensitet och jordbearbetningssystem påverkar storleken på vatten-, sediment- och fosfortransporter i övre delen av markprofilen.

Resultat

Regnsimulatorn startades med en låg eller hög inställd regnintensitet. Oberoende av om man startade med en hög eller låg regnintensitet ökade utflödet gradvis upp till en konstant nivå som i storleksordning var densamma för alla körningar med låg respektive hög regnsintentsitet. Den låga regnintensiteten gav i genomsnitt ett konstant utflöde på 7 mm per timme, vilket motsvarar en regnintensitet på 1 timmes varaktighet med mindre än 0,5 års återkomsttid. Med den höga intensiteten blev det konstanta utflödet i genomsnitt 25 mm per timme vilket motsvarar en regnintensitet på 1 timmes varaktighet och en återkomsttid på 10 år.

En ökad regnintensitet medförde en ökad utlakning av fosfor. På en av försöksplatserna ökade fosforutlakningen med i genomsnitt cirka 12 % för varje mm per timme som utflödet ökade. Enligt framtida klimatscenerier kommer regnintensiteten att öka med cirka 15 % i östra Sverige. Våra resultat visar att en 15 % ökning skulle medför vid låg intensitet (i genomsnitt 7 mm per timme) med 1 timmes varaktighet, att den totala fosfortransporten ökar med i samma storleksordning som cirka 1 % av den årliga totala fosforutlakningen i Sverige. Vid hög intensitet (25 mm per timme) med 15 minuters varaktighet, blev motsvarande ökning av totala fosfortransporten ca 4 % av den årliga totala fosforutlakningen i Sverige.

Analyserna visade ett tydligt samband mellan avrinning och turbiditet där hög turbiditet uppmättes under hög avrinning. Sambandet mellan turbiditet och avrinning påverkades också av bearbetningssystem. Vid samtliga fall visade reducerade bearbetning i genomsnitt en lägre turbiditet än konventionell bearbetning trots att avrinningen var något högre. En höjning av regnintensiteten gav en mycket snabb ökning av turbiditeten, men vid en sänkning av intensiteten tog det betydligt längre tid innan turbiditeten sjönk till lägre värden. Under naturliga regnförhållande kan därför korta episoder av hög regnintensitet under ett regntillfälle vara av betydelse för transport av sediment och fosfor.

Koncentrationen av fosfor i avrinningsvatten (alla former av P) var något högre för den höga regnintensiteten jämfört med den låga. På en av försöksplatserna var utflödet av fosfor något högre för reducerade bearbetning vid både låg och hög regnintensitet. På den andra försöksplatsen fanns inga större skillnader i fosforutlakning mellan de olika bearbetningssystemen.

Metod

Fältmätningar och laboratoriestudier har genomförts på två lerjordar i långliggande försök med plöjning och plöjningsfri odling. På varje mätplats har experiment med regnsimulator utförts på våren efter sådd och på hösten efter skörd och jordbearbetning. I samband med experimenten har omfattande infiltrationsmätningar, markfysikaliska analyser och vattenprovtagning genomförts.

En mätgrop grävdes till cirka 120 cm djup. På 50-65 cm djup grävdes ett schakt cirka 0,9 m in i profilväggen. Översidan av schaktet prepareras med kniv så att det naturliga porsystemet inte blev igensatt. En uppsamlingsbricka fylld med plastkulor placerades överst för att säkra en bra kontakt med jordlagret ovanför. På markytan rakt ovanför schaktet slogs en metallram med kanter ned i marken för att begränsa ytvattenflöden. Under markytan förseglades jordprofilen åt sidorna ned till 50 cm djup med hjälp av bentonit. En regnsimulator placerades ovanpå metallramen. Regnsimulatorn startades med en låg eller hög inställd regnintensitet. Vatten som perkolerade genom den 50 cm djupa markprofilen samlades upp av brickan i schaktet och leddes till en mätanordning (manuell) som registrerade vattenflödet per tidsenhet. Efter cirka 30 min. med konstant utflödeshastighet ändrades regnintensiteten till hög eller låg intensitet. Efter cirka 30 min. med konstant utflöde stoppades regnsimulatorn. Avrinningsvattnet (vatten + sediment) samlades kontinuerligt under experimentet. Allt tillfört vatten infiltrerade. Ingen uppmätt ytvattenavrinning noterades. Genom att både mäta vattenflöde och sedimenttransport fick vi ett mått på jordens känslighet för inre erosion.

Slutsatser av ovanstående studier

• Försöken visade en något högre avrinning och lägre turbiditet för plöjningsfri bearbetning jämfört med plöjning
• Turbiditet och fosforkoncentrationer i avrinningsvattnet ökade med ökad avrinning
• En ökning av regnintensiteten höjde mycket snabbt turbiditeten och fosforkoncentrationen i avrinningsvattnet
• Vid en sänkning av regnintensiteten tog det relativt längre tid innan turbiditet och fosforkoncentrationen sjönk i avrinningsvattnet
• Plöjningsfri bearbetning är inte tillräcklig som åtgärd för att minska transporten av fosfor från matjorden till nedre delen av alven
• Effekter av bearbetningssystem på transporten av fosfor genom markprofilen är beroende av jordens struktur och regnintensitet