Kväveläckage inom Tolångaåns dräneringsområde : modellering och åtgärdssimulering

English. Human-induced eutrophication has rapidly become one of the most important environmental issues. The problem is largely due to the shift in agricultural practices. Farming methods have become more efficient during the last 300 years. Watercourses have been straightened out and wetlands have been reduced to increase agricultural landuse. Since the end of the 1940s, fertilization has increased dramatically. These factors have caused unnatural eutrophication and algae blooming in watercourses, lakes and ultimately the sea. In Sweden, the government has determined to reduce the nitrogen discharge by 50 percent by the year 2000. In order to accomplish this reduction companies and authorities have been assigned to find suitable reduction measures. The soils in Scania are among the most nutritious ones in Sweden. This along with high fertilization makes Scania a high risk area. In 1991, Ekologgruppen was assigned by the government to investigate the drainage area of the stream of Kävlingeån. Tolångaån constitutes a part of Kävlingeån and measurements of the water quality have been taking place since 1976 at Tolånga. As there were plenty of data available in this area the decision was made, in agreement with the county administrative board in Malmö, to study Tolångaån. The fact that the water finally reaches the lake of Vombsjön highlights the importance of establishing a good quality of the water. The lake serves as a source of water supply and provides parts of Scania with drinking-water. The study focuses on investigating the nitrogen situation in the stream and comparing measured values with simulated ones. Nitrogen simulation models are usefool tools, when making predictions of leakage. The model used in this study is based on the SOILN-model and simulates nitrogen dynamics and losses in the agricultural soil of the study area. SOILN was developed in the mid 80s and simulated leakage has shown good accuracy with observed measurements. The simulation was made over a ten-year period (1985-1994). The leakage from four different crops were simulated; ley, seed, rootcrops and oil plant. In addition, the effect of one measure to reduce leakage was simulated, the use of catch cropping. To illustrate the effect of the climate, one year with low precipitation (1989) and one year with high precipitation (1994) were compared. A trend analysis shows that nitrogen content in the watercourse has been fairly constant during the last two decades. However, the nitrogen content is far too high to be acceptable. When comparing measured values with simulated values adjustments had to be made. The simulated leakage was too high and a model parameter was evaluated in order to adjust the leakage. In spite of this, simulated values did not agree totally with measured values. This is probably due to the fact that the ground water model which is connected to the nitrogen model is too simple. When comparing the leakage caused by different crops, it turned out that ley had the best nitrogen uptake. Seed and root-crops were not as efficient as ley when it comes to assimlate nitrogen and contributed to most of the leakage. When simulating the effect of catchcrops it was possible to reduce nitrogen leakage by 30 percent. Previous studies have shown that catchcrop may reduce nitrogen leakage by 60 percent. The results from Tolånga and the simulation showed that precipitation is the parameter that has the greatest influence on the nitrogen leakage.

Swedish. Under de senaste 300 åren har jordbrukslandskapet i Sverige genomgått stora förändringar. I början av 1900-talet introducerades konstgödslet och efter andra världskriget ökade gödslingen dramatiskt i syfte att maximera produktionen. Detta har lett till att överskottet av kväve har spolats ut i vattendragen. I detta arbete har stor vikt lagts vid att skapa en egen kvävemodell i syfte att simulera kväveläckaget från jordbruksmarken i Tolångaåns dräneringsområde.

Swedish. Populärvetenskaplig sammanfattning: Under de senaste 300 åren har jordbrukslandskapet i Sverige genomgått stora förändringar. Detta började med att bönderna i slutet av 1600-talet erhöll en stor del av adelns jord. De fick således förvalta sin egen vinst, vilket resulterade i en rad nyodlingar och tekniska hjälpmedel. I början av 1900-talet introducerades konstgödslet och efter andra världskriget ökade gödslingen dramatiskt i syfte att maximera produktionen. I detta skede införde många gårdar kreaturslös drift vilket gjorde att den tidigare balansen mellan nötkreatur, vall (bete) och spannmålsproduktion inte längre fanns kvar. Följden blev att vallarealen minskade och att bönderna köpte gödslet utifrån, ofta i form av konstgödsel. För att erhålla så mycket jordbruksmark som möjligt har rationaliseringar av olika slag genomförts av jordbrukslandskapet. Olika typer av odlingshinder såsom våtmarker, vattendrag och olika form av vegetation har tagits bort. Långa sträckor av tidigare öppna vattendrag och dräneringsdiken har lagts i kulvertar och rör. Detta har lett till att det kväve (i form av stallgödsel eller konstgödsel) som inte tas upp av grödorna spolas ut i vattendragen och slutligen ut till våra sjöar och hav För att bestämma hur mycket kväve som tillförs vattendragen utförs mätningar i olika forskningsprojekt runt om i landet. Dessa fältmätningar är ofta avancerade och kostnadskrävande, vilket omöjliggör övervakning av stor delar av den svenska åkermarken. Modellering, med vilket kvävets dynamik samt förluster kan simuleras, utgör därför ett bra alternativ till fältmätningar. I detta arbete har stor vikt lagts vid att skapa en egen kvävemodell i syfte att simulera kväveläckaget från jordbruksmarken i Tolångaåns dräneringsområde. Tolångaån utgör ett tillflöde till Vombsjön och ingår i Kävlingeåns dräneringsområde. Modellen tillverkades genom att studera kvävets kretslopp och genom att ta reda på hur mycket gödsel samt atmosfärisk kvävedepostition som tillförs marken. Kvävet i marken är lagrat i två former; oorganiskt (mineraliskt) eller organiskt. Det oorganiska kvävet är lagrat i form av ammonium och nitrat. Omfördelning av kväve sker hela tiden mellan de olika magasinen i marken och detta styrs av hur stor mängd lättillgänglig organisk substans (kol) som finns. Eftersom kolet har en avgörande betydelse för kvävets omvandling i marken kopplades en separat kolmodell till kvävemodellen. Markvattnet spelar också en central roll när det gäller kväveutlakningen, eftersom kvävet (nitrat) följer med det perkolerande vattnet ut till vattendragen. Simuleringen av mängden markvatten gjordes därför också i en separat modell. Kvävesituationen i Tolångaån studerades för åren 1976-1997 och en trendanalys av uppmätta kvävehalter visade att kvävehalterna har varit relativt konstanta under hela mätperioden. Modellen ovan applicerades på det uträknade dräneringsområdet runt Tolångaån. Uppmätta och simulerade kvävetransporter visade sig stämma bra överens vissa år medan skillnaden var stor andra år. Skillnader kan exempelvis bero på att det i verkligheten kan ha förekommit felmätningar eller punktutsläpp av kväve, vilket modellen inte kan ta hänsyn till. Hur stort kväveläckaget blir beror på många faktorer såsom klimat, jordart, vilken gröda som odlas, tid på året och framför allt på nederbördsmängd. För att se hur stor effekt klimatet utgör jämfördes ett nederbördsfattigt år (1989) och ett nederbördsrikt år (1994). Omfattande nederbörd tenderar att laka ut stora mängder kväve, vilket bekräftades vid jämförelse av de båda åren. Eftersom olika grödor har olika kvävebehov och således orsakar olika mycket utlakning, undersöktes även hur stor andel de olika grödorna står för i området. Grödorna delades in i vall, oljeväxter, rotfrukter och säd. Vall och oljeväxter visade sig enligt simuleringsresultaten stå för den minsta utlakningen. De är sålunda bra att odla i områden som har höga utlakningssiffror. Rotfrukter och säd är däremot inte alls lika effektiva att ta upp kväve och högre utlakningssiffror erhålls.