Riskbedömning och kvantifiering av erosion och förluster av partikelbunden fosfor från lerjordsområden

Sammanfattning av slutrapport
Övergödningen är det allvarligaste hot mot livsmiljön i svenska havsområden. Stor del av transporten av fosfor (P) sker i bunden form, genom transport av jordpartiklarna och till dem bunden P. Jordarnas sårbarhet mot erosion visar stora variationer och är därför en viktig faktor både för riskbedömningen och för genomförande av motåtgärderna. I detta projekt har vi studerat en enkel jorddispersionstest, DESPRAL, som en indikator på jordarnas erosionsbenägenhet och transport av partikulär P. Resultaten visar att DESPRAL är robust, upprepbar och kan rangordna erosionsbenägenhet av svenska jordar. Samtidigt kan mätningarna av P-halter i samma extrakt illustrera jordens sårbarhet mot förluster av både partikulär P och löst P. Det är viktigt att betona att DESPRAL illustrerar mobiliseringen av jordmaterialet och P-fraktionerna. Den efterföljande transporten måste också tas hänsyn till i fält- och avrinningsområdesskala, vilket underlättas med den tillgängliga högupplösta höjddatamodellen.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Syfte med studien
Övergödningen är det allvarligaste hot mot livsmiljön i svenska havsområden och i många inlands vattenförekomster. Näringsämnet fosfor (P) är i de flesta fall det ämne som begränsar produktion i färskt och bräckt vatten, och minskning av P-förluster från land till vattenrecipienter är nödvändigt för att bromsa övergödningen. En betydande del av P transport sker genom erosionsprocesserna, där P transporteras i bunden form tillsammans med de mobiliserade markpartiklarna. Jordarnas sårbarhet mot erosion (erodibilitet) visar mycket stora variationer och de befintliga metoderna att uppskatta erodibilitet är antigen missvisande eller inte ens testade i något högre grad för svenska jordar. I detta projekt har vi vidareutvecklat och testat en enkel jorddispersionstest (DESPRAL) som en indikator på jordarnas erosionsbenägenhet och transport av partikulär P. Denna DESPRAL test togs fram inom en europeisk studie där lovande resultat erhölls för 24 studiejordar. I det projektet jämfördes resultat från laboratorietestet med resultat från små ytavrinningsrännor och omfattade både suspenderat material och olika P-former. Genom att studera resultat av DESPRAL test på svenska jordar sökte vi svar på följande frågor:
1. Är testet tillräcklig enkel, robust och upprepbar?
2. Kan DESPRAL skilja och rangordna erosionsbenägenhet av svenska jordar, med fokus på lerjordarna?
3. Kan vi med hjälp av dessa nya resultat bättre beskriva erosion och P-förlusterna, i fält- och i avrinningsområdesskala?

Metod
DESPRAL test är mycket enkel och snabb. Enbart vatten tillförs till den färska, torkade jordprovet som därefter försiktigt skakas under en minut. Detta mobiliserar markpartiklarna (och till dem bundna ämnen, däribland P), så att de kommer i suspenderat form. Efter en kort sedimenteringsperiod, för att tillåta sedimentation av de grövsta partiklarna, tas ett vattenprov och analyseras för turbiditet (vattengrumlighet), halt av suspenderade jordpartiklar samt halter av total- och löst-P.
Det unika i detta projekt var att vi valde att ta jordproverna från de fälten och avrinningsområden för vilka finns långa tidsserier av uppmät vattenkvalitet, inklusive mätningar av suspenderat material och olika P-former. Således gav vi oss möjlighet att relatera resultat av DESPRAL med uppmätta värden av dessa parametrar.

Resultat
I det första delprojektet jämförde vi DESPRAL med ett annat liknande test, SST. Huvudskillnaden mellan dessa tester består i olika vattenvolymer och skaktider som används före analyserna. Resultatjämförelse visade att DESPRAL var mera robust och hade en högre upprepbarhet, det vill säga att skillnaderna mellan upprepade analyser av ett och samma prov var mycket låga. Samtidigt blev skillnaderna mellan olika jordar mer tydliga med DESPRAL, med en större spann i erhållna analysresultat.
En annan viktig fråga var att studera om jordprovets tillstånd påverkar analysresultat. Resultat visade att en signifikant minskning av mobiliseringsförmåga av jordpartiklarna kan förväntas med längre lagringstiden av jordprovet. Med andra ord, för att undvika oönskade påverkan av lagringen bör analyserna göras på färska jordprover.
Det vore önskvärt om man kunde relatera andra kända markegenskaper till jordarnas erodibilitet. Vi har fått motstridiga resultat i detta avseende, där jordarnas erodibilitet kunde både öka och minska med t ex lerhalten. Detta å andra sidan bekräftar komplexiteten och delvis förklarar varför andra mer empiriska samband är svåra att tillämpa mer generellt, och i synnerhet för svenska lerjordar.
En stigande P-halt i jorden ledde till en högre mobilisering av både partikulär och löst-P, medan mängden mobiliserade jordpartiklar förblev densamma, vilket betonar riskerna med en P-halt som överskrider de ur en agronomisk ståndpunkt optimala värden.
Uppskalningen av de erhållna resultaten från laboratoriska analyserna till fält- och avrinningsområdesskala var den andra utmaningen i detta projekt. Jordproverna representerar en liten yta och med tanke på hög variabilitet i markegenskaperna inom ett och samma fält, ställs en berättigad fråga om hur representativa är proverna för ett helt fält. Resultat från det tredje delprojektet visar på att skillnaderna mellan olika fält var signifikanta, trots en betydande variation i DESPRAL resultat inom ett och samma fält. I detta delprojekt studerade vi fem olika jordbruksfält och kunde se klara skillnader mellan tre fält där jordanalyser visade en hög risk för mobilisering av jordpartiklarna och P, och två fält där mobiliseringsrisken var låg. Även resultat från delprojekt 4 stödjer detta, med signifikanta skillnader mellan de två avrinningsområden som inkluderats i studien.
Å andra sidan, ett direkt samband mellan resultat från DESPRAL och de uppmätta långtidsmedelvärdena av vattenkvalitet kunde inte hittas. Mobiliseringen av jordpartiklarna och till dem bundna ämnen som t ex P är bara det första steget i en transportprocess från land till vatten. Det mobiliserade materialet kan antigen nå mätpunkten (utloppet av ett fält eller avrinningsområdet) eller fastna någonstans på vägen. Därför måste den nyvunna kunskapen om mobiliseringsrisken kombineras med en bedömning av hur effektiva är flödesvägarna som flyttar det mobiliserade materialet. Topografin har en förstaorder kontroll över hydrologin och vi har i denna studie nyttjat den högupplösta LIDAR höjddata för att beskriva vattenvägarnas konektivitet i de studerade fälten. Denna information kombinerad med DESPRAL resultat kunde beskriva de stora skillnaderna i de observerade halterna av suspenderat material och P.

Slutsatser med nytta för och råd till näringen

• Kvantifieringen av jordarnas erosionsbenägenhet är en viktig del av riskbedömningen, eftersom jordarnas sårbarhet mot erosion uppvisar stora variationer. På gårdsskala kan man utifrån jordartskartan göra ett urval av jordprover för att bedöma jordarnas sårbarhet mot erosion
• DESPRAL är en robust och enkel metod att rangordna jordar med avseende på deras sårbarhet mot erosion. Denna test bör vara lätt att standardisera och därmed lätt att utföra i de flesta jordanalyslabboratorierna i Sverige
• Kompletterande analyser av lösta och bundna P-former i samma DESPRAL test kan också illustrera sårbarhet mot förluster av olika P former vilket bör till ett rimligt pris ge mervärde då flertal viktiga parametrar kan fås ur ett enda prov och en enda extraktion
• I ett större perspektiv, på gårds- eller avrinningsområdesskala, kan resultat från DESPRAL kombineras med bedömningen av fältens hydrologiska konektivitet och således effektivt rangordna enskilda fältens sårbarhet mot P förluster via ytavrinningen.
• Ett sådant systematiskt tillvägagångssätt rustar lantbrukaren med kunskap och verktyg för att bättre fokusera åtgärdsarbetet och samtidigt få högre effekterna av de tillämpade åtgärderna