Förbättrade estimeringsrutiner för beräkning av fosfors löslighet och omsättning i svenska åkerjordar - Utveckling av ett modellverktyg

Sammanfattning av slutrapport
Syftet med studien var att hitta statistiska samband för att bestämma lösligheten av P som kan användas för bedömning av läckagerisken från ett brett spektrum av svenska åkermarksjordar. Sambanden ska även användas vid utveckling av simuleringsmodeller. Olika analyser av markens innehåll av P, Fe, Al, Ca och totC liksom pH och textur gjordes på 62 jordar. Jordens sorptionskapacitet bestämdes genom analys (PSI) eller genom beräkning utifrån markens Fe- och Al-innehåll. Fosformättnadsgraden (DPS) beräknades från de kemiska parametrarna. Statistiska samband beräknades med enkel linjär regression och multippel regression genom att använda en s.k. Bootstrapmetod som nyttjar datasetet för både kalibrering och oberoende validering. Resultaten visar att PAL kunde antingen själv eller tillsammans med AlAL och FeAL beräknat som DPSAL användas för att prediktera löst P i marklösningen (log10PCaCl2) med gott resultat. Någon variant av DPS var inkluderad i regressioner med bäst prediktionsförmåga.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Syfte
Såväl nationella som internationella åtaganden ställer krav på det svenska jordbruket att minska sin belastning av fosfor (P) på våra omgivande vatten. Bra metoder för att kunna bedöma riskerna för P-läckage från jordbruksmarken behövs för ett effektivt arbete med motåtgärder mot läckaget (”rätt åtgärd på rätt plats”). De existerande metoderna för att uppskatta förlusterna med hjälp av olika beräkningsmodeller behöver dock vara anpassade till våra svenska jordar.
Kopplingen till olika odlingsåtgärder är inte lika stark när det gäller P-förluster som det är för kväveläckage, och markens kemiska och fysikaliska egenskaper kan många gånger överskugga odlingsåtgärdernas betydelse. Det är alltså viktigt att metoderna för att bedöma läckage-känsligheten P är representativa för en stor variation av jordar. I denna studie har samband för fosfors löslighet undersökts för ett stort antal jordar för att testa giltigheten relaterat till den stora variationen i markegenskaper som man har i svensk åkermark. Högre fosforhalt i marken innebär generellt en högre P-frigörelse, och ofta även högre P-förluster från enskilda jordar. Men det är stora variationer mellan olika jordar.

Resultat
En förutsättning för att snabbt kunna förbättra rutinerna för bedömning av läckagekänsligheten hos våra svenska jordar är att det redan finns tillgång till nödvändig data. Den här studien visar att P, Al och Fe extraherat med den svenska standardmetoden med ammoniumlaktat (AL) kan användas för att estimera P-lösligheten (log10(PCaCl2)) i matjorden med god precision för ett brett spektra av svenska åkerjordar. Beräkningar där både sorptionskapaciteten och P-mättnadsgraden togs i beaktande gav bäst resultat (-4 + 1.43 log10(DPSAL), R2=0,803), men även en uppskattning utifrån endast PAL (-2.83 + 1.4 log10(PAL); R2= 0,718) gav en god prediktion. Om även pH togs i beaktande ökade prediktionen något (-2,1 + 1,6 log10(DPSAL) - 2,6 log10(pH); R2= 0,817). Samtliga av dessa variabler analyseras rutinmässigt av svenska lantbrukare till en låg kostnad, vilket gör att tillgången på data redan är god och dessutom relativt snabbt kan utökas.

Någon variant av beräkning av fosformättnadsgraden (DPS) visade sig vara den bästa variabeln för att uppskatta lösligheten för P, oavsett statistisk analysmetod. Det visar att inte bara mängden P i marken är avgörande för risken för P-läckage, utan även markens utrymme att kvarhålla P. Däremot var inte något av uttrycken för markens sorptionskapacitet ensamt någon bra prediktor. Vid multippel regression gav sambandet med POLS/PSI de bästa uppskattningarna av P-lösligheten. Detta kan antingen tyda på att jordar med kalkinnehåll har haft ett stort genomslag i den statistiska analysen. En annan förklaring skulle kunna vara att POLS är en relativt svag extraktion och ligger närmare extraherbarheten hos CaCl2. PSI bestäms i en CaCl2-lösning, vilket skulle kunna förklara varför PSI har så stor inverkan i estimeringen av PCaCl2. Oavsett extraktionsmetod var DPS uppskattat med PSI som ett mått på sorptionskapaciteten en bättre prediktor än om sorptionskapaciteten beräknades utifrån de olika Fe- och Al-analyserna. För DPS som funktion av något av de beräknade sorptionskapaciteterna fungerade AL-extraherat Al och Fe bäst (-4 + 1.43 log10(DPSAL), R2=0,803).

Metod
Totalt togs 62 matjordsprover från 39 platser i Sverige (Tabell 1). Provplatserna valdes för att täcka in ett brett spektrum av svenska mineraljordar med avseende på framförallt innehåll av P men också av Fe, Al, Ca, pH och lerhalt. För att undvika påverkan av nyligen gjord gödsling togs jordproverna minst 4, vanligen minst 6-8 månader efter att fosforgödsling skett. Matjordproverna togs till 20 cm djup. För analys av P-innehållet användes olika extraktionsmetoder (AL, Olsen, ammoniumoxalat, HCl, CaCl2). Olika extraktionsmetoder användes för att kunna jämföra hur de påverkar möjligheten att använda värdena för uppskattning av lösligheten av P. P extraherat med CaCl2 anses motsvara fosfor som är löst i markvätskan. Även de andra kemiska egenskaperna analyserades i olika extraktioner. Jordens sorptionskapacitet bestämdes genom analys (PSI) eller genom beräkning utifrån markens Fe- och Al-innehåll. Fosformättnadsgraden (DPS) beräknades från de kemiska parametrarna. Statistiska samband beräknades med enkel linjär regression och multippel regression genom att använda en s.k. Bootstrapmetod som nyttjar datasetet för både kalibrering och oberoende validering.

Slutsatser
Den svenska standardanalysen av PAL kunde antingen själv eller tillsammans med AlAL och FeAL beräknat som DPSAL användas för att uppskatta mängden löst P i marklösningen (log10(PCaCl2)) med gott resultat (R2 = 0,718 respektive 0,803). Det här är lovande för möjligheten att ta fram ett verktyg som kan användas för att bedöma olika jordars känslighet för läckage av löst fosfor.
Oavsett regressionsmetod var någon variant av fosformättnadsgrad inkluderad i de regressioner som hade bäst prediktionsförmåga. Eftersom fosformättnadsgraden beräknad utifrån PAL, AlAL och FeAL fungerade bra bör även bestämning av Al och Fe ingå i standardkarteringen med AL-analys så att denna variabel kan beräknas för varje karterat fält.
I Sverige finns redan god tillgång till data på PAL, men även AlAL och FeAL. Med detta dataunderlag som bas bör de statistiska samband för uppskattning av fosfors löslighet i marken som denna studie presenterat testas i större omfattning och också jämföras med mätningar av P-läckage.