Fosforförluster från mark till vatten - BOFFE.COM
Fosforförluster från mark till vatten - BOFFE.COM
Fosforförluster från mark till vatten - BOFFE.COM
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong><br />
<strong>mark</strong> <strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
RAPPORT 5507 • OKTOBER 2005
<strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Identifikation av kritiska källor och<br />
möjliga motåtgärder<br />
Barbro Ulén (Red.)<br />
NATURVÅRDSVERKET
Beställningar<br />
Ordertel: 08-505 933 40<br />
Orderfax: 08-505 933 99<br />
E-post: natur@cm.se<br />
Postadress: CM-Gruppen, Box 110 93, 161 11 Bromma<br />
Internet: www.naturvardsverket.se/bokhandeln<br />
Naturvårdsverket<br />
Tel 08-698 12 00, fax 08-20 29 25<br />
E-post: natur@naturvardsverket.se<br />
Postadress: Naturvårdsverket, SE-106 48 Stockholm<br />
Internet: www.naturvardsverket.se<br />
ISBN 91-620-5507-0<br />
ISSN 0282-7298<br />
© Naturvårdsverket 2005<br />
Tryck: CM Digitaltryck AB<br />
Omslagsfoto: Hans Kongbäck/N
Förord<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Ett av Sveriges miljökvalitetsmål är ”Ingen övergödning”. Ett av delmålen <strong>till</strong><br />
detta miljökvalitetsmål är att fram <strong>till</strong> år 2010 ska de <strong>vatten</strong>burna utsläppen av<br />
fosforföroreningar <strong>från</strong> mänsklig verksamhet ha minskat kontinuerligt <strong>från</strong><br />
1995 års nivå. En utredning med uppgift att närmare precisera detta delmål har<br />
lämnats <strong>från</strong> Naturvårdsverket under våren 2004. Utredningen föreslår att orden<br />
”minskat kontinuerligt” ersätts med ”minskat med minst 20 %”. Den lydelsen återfinns<br />
i regeringens proposition 2004/5:150 ”Svenska miljömål – ett gemensamt<br />
uppdrag”. I takt med att reningsverken byggts ut utgör fosforn <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong><br />
en allt större andel av fosforn <strong>till</strong> <strong>vatten</strong>, åtminstone i södra Sverige.<br />
Den internationella expertutvärderingen kring övergödningssituationen i våra hav,<br />
som Naturvårdsverket låtit genomföra 2005, sätter också förnyat fokus på betydelsen<br />
av åtgärder för minskade fosforförluster. För att göra befintlig kunskap <strong>till</strong>gänglig<br />
har en uppgradering av den tidigare rapporten ”Förluster av fosfor <strong>från</strong><br />
jordbruks<strong>mark</strong>” (NV 4731) utförts av Barbro Ulén. Författaren ansvarar ensam<br />
för rapportens innehåll. Naturvårdsverket hoppas att rapporten kommer <strong>till</strong> nytta<br />
i det fortsatta praktiska arbetet med att minska förlusterna. Ingrid Rydberg och<br />
Kersti Linderholm har för verkets del beställt och granskat rapporten.<br />
Stockholm oktober 2005<br />
Björn Risinger<br />
Direktör, Naturresursavdelningen<br />
3
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
4
Innehåll<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Förord 3<br />
Innehåll 5<br />
Sammanfattning 7<br />
Summary 8<br />
1 Fosfors förekomst 9<br />
1.1 Tre former av fosfor i jorden 10<br />
1.2 Jordarnas förmåga att sorbera fosfor 12<br />
1.3Jordars fosformättnadsgrad 13<br />
1.4 Organiskt bunden fosfor i jord 14<br />
1.5 Fosfor i stallgödsel 15<br />
1.6 Fosforkoncentrationer i svenska jordar 16<br />
1.7 Fosfor i <strong>vatten</strong> 17<br />
1.8 Fosforkoncentrationer i <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> åker<strong>mark</strong> 18<br />
2 Diffusa fosforförluster <strong>från</strong> <strong>mark</strong> - mekanismer för mobilisering och<br />
transport 21<br />
Allmän beskrivning av diffusa förluster 21<br />
2.1 Mikroorganismernas och mykorrhizans roll 21<br />
2.2 Förluster via <strong>mark</strong> och dräneringsrör 22<br />
2.3 Yt<strong>vatten</strong>förluster 23<br />
3 <strong>Fosforförluster</strong>nas storlek 26<br />
Allmänt om kvantifiering av fosforförluster 26<br />
3.1 Avlopp <strong>från</strong> enskilda hushåll 26<br />
3.2 Bakgrundsnivåer 27<br />
3.3 Förluster <strong>från</strong> enskilda fält 28<br />
3.4 Förluster <strong>från</strong> avrinningsområden 29<br />
3.5 Riskbedömning i ett avrinningsområde 29<br />
4 Fosforn omsättning i <strong>vatten</strong>drag 33<br />
4.1 Processer 33<br />
5 Fosforns omsättning i sjöar 34<br />
5.1 Processer 34<br />
5.2 Fosforns alg<strong>till</strong>gänglighet 35<br />
6 Åtgärder för att minska fosforförlusterna 36<br />
Allmänt om fosforförluster <strong>från</strong> <strong>mark</strong> 36<br />
6.1 Punktkällor 38<br />
6.2 Förändrade odlingsmetoder 38<br />
Bilaga 1 48<br />
Undersökningsmetoder och modellering 48<br />
1 Sugceller 48<br />
2 Lysimeterar 48<br />
3 Rutförsök 48<br />
4 Försöksfält 49<br />
5 Små avrinningsområden 50<br />
5
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
6 Kombination av mätningar på olika nivåer 51<br />
Modellberäkningar 52<br />
Referenser 53<br />
6
Sammanfattning<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Fosforn omsätts med en rad processer <strong>från</strong> sin väg <strong>från</strong> <strong>mark</strong>en <strong>till</strong> <strong>vatten</strong>draget,<br />
sjön eller havet. Processerna kan vara såväl biologiska, fysikaliska och kemiska<br />
och fosforn kan vara både i löst form eller bunden <strong>till</strong> partiklar i oorganisk eller<br />
organisk form. För att kunna förstå sambanden mellan <strong>mark</strong>användningen och<br />
den slutliga miljöeffekten i vattnet är det nödvändigt att lära sig så mycket som<br />
möjligt om de olika fosforformerna och hur de omvandlas. Det är också nödvändigt<br />
att lära sig förstå hydrologin i <strong>mark</strong>en som är drivkraften i fosfor-<br />
förlusterna.<br />
Många delprocesser är o<strong>till</strong>räckligt kända och borde undersökas mer. Det<br />
gäller speciellt den organiska fosforns förekomst och omsättning. De kunskaper<br />
man har härstammar framför allt <strong>från</strong> 16 observationsfält och ett antal jordbruksbäckar,<br />
medan systematiska fältstudier av fosforförluster <strong>från</strong> <strong>mark</strong> är mycket få.<br />
Kvantitativt sker förlusterna mycket heterogent, både i tid och rum och därför<br />
existerar inga modeller som nöjaktligt kan beskriva dem. Ett praktiskt <strong>till</strong>vägagångssätt<br />
för att minska förlusterna är i stället att identifiera de fält som har den<br />
högsta risken för förluster. Genom en kartering av jordart, dräneringsförhållanden,<br />
fosformättnadsgraden och jordarnas aggregatstabilitet kan man komma en bra bit<br />
på väg. Genom att sedan sätta in åtgärder på problemfälten kan man komma åt en<br />
stor del av problemet med fosforförluster <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong>en. De tre typer av<br />
problemjordar som dominerar i Sverige är:<br />
1) Lerjordar. Dessa är ofta system eller behovsdränerade och mycket av<br />
fosforn förs ut i <strong>vatten</strong>draget via ledningarna. Fosforn är ofta i både<br />
löst och partikelbunden form.<br />
2) Mjälajordar. Dessa är <strong>till</strong> sin karaktär struktursvaga och <strong>från</strong> dem mobil-<br />
iseras därför lätt jordpartiklar, partiklar som har fosfor bundet <strong>till</strong> sig.<br />
Från dessa jordar kan ibland de direkta förlusterna via ytavrinning ovan<br />
<strong>mark</strong>en vara betydande.<br />
3) Lätta jordar med mo och sand som har gödslats upp under en lång tid<br />
och har lite järn eller aluminium i profilen. Fosforn kan passera genom<br />
mat-jorden och alven och föras ut via dräneringsledningarna. Fosforn<br />
är <strong>till</strong> stor del i löst form.<br />
För alla typer kan man redan nu lista många åtgärder med vars hjälp man kan<br />
minska förlusterna på såväl kort som lång sikt. Förändrade odlingsåtgärder, åtgärder<br />
med dräneringen och andra åtgärder på fältet har den största potentialen.<br />
7
Summary<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
As it moves from soils to watercourses and on to lakes and seas, phosphorus is<br />
involved in a number of processes. Those can be biological, physical or chemical,<br />
and the phosphorus can be in dissolved form or bound to particles in organic or<br />
inorganic form. In order to understand the relationships between land management<br />
and its environmental effects on water, it is necessary to know as much as possible<br />
about the various forms of phosphorus and how they transform. It is also necessary<br />
to understand soil hydrology, which is the key factor in phosphorus losses.<br />
Many of the processes involved are not adequately understood and need further<br />
study. This is especially true of processes involving all chemical forms of phosphorus<br />
and the turnover of organic phosphorus. Existing knowledge of such matters is<br />
based primarily on data from sixteen Swedish observation fields and a few small<br />
streams that drain farmland. There are very few systematic field studies of phosphorus<br />
losses from soil.<br />
Such losses vary widely in both rate and quantity, and at this time there are no<br />
models which adequately describe them. A practical method for reducing losses is<br />
to identify areas which are subject to the highest risk. Considerable progress can be<br />
achieved by mapping soil types, drainage conditions, level of phosphorus saturation,<br />
and the aggregate stability of soils.<br />
If suitable measures are then taken in problem areas, it is possible to reduce a large<br />
portion of phosphorus losses from farmland. In this regard, the three types of soil<br />
that are most problematical in Sweden are:<br />
1) Clay soils. These are often drained, and much of the phosphorus is transported<br />
to watercourses via the drainage system; entire fields or only certain<br />
parts of them may be drained. The phosphorus is often present in both dissolved<br />
and particle-bound form.<br />
2) Silt soils. It is a characteristic of such soils that they are structurally weak,<br />
and particles are easily dislodged from them. Phosphorus is often bound to<br />
such particles, so that surface runoff from such soils can sometimes result<br />
in significant losses of phosphorus.<br />
3) Light soils containing coarse and fine sand which have been fertilized over<br />
a long period of time and contain little iron or aluminium in top and subsoil.<br />
Phosphorus, mainly in dissolved form, can pass through soils and subsoils,<br />
and then be transported to watercourses via the drainage system.<br />
For many types of soil, there are already numerous measures that can be taken to<br />
reduce phosphorus losses in both the short and long run. Changes in farming techniques,<br />
drainage methods and other measures in the field offer the greatest potential.<br />
8
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
1 Fosfors förekomst<br />
1.1 Allmän beskrivning av fosforförluster<br />
Fosfor (P) kan transporteras <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong> både i partikulär och i löst form.<br />
Denna transport sker ofta snabbt under specifika episoder. Den kan ske både på<br />
<strong>mark</strong>ytan och via <strong>mark</strong>en (Figur 1). Praktiskt taget all löst fosfor är direkt biologiskt<br />
<strong>till</strong>gänglig, medan den partikulära fosforn måste undgå någon form av lösningsreaktioner,<br />
t ex desorption, innan den kan tas upp av växter. Under transporten<br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong>drag och sjöar kan löst och partikulär fosfor reagera med jorden som<br />
vattnet passerar. För fosforn som kommer <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong> kan dessa reaktioner<br />
dramatiskt ändra den verkan som fosforn har på eutrofieringen. I <strong>vatten</strong>draget/sjön<br />
kan en del av den partikulära fosforn sedimentera. Fosforn som bundits <strong>till</strong> sedimenten<br />
kan i ett långt senare stadium bli <strong>till</strong>gänglig för biologiskt upptag. Detta<br />
kan ske under vissa kemiska förhållanden eller när väderförhållanden förorsakar<br />
turbulens eller resuspension av sedimenten. Eftersom fosforn förekommer i olika<br />
former, reagerar såväl fysikaliskt, kemiskt som biologiskt och ingår i både snabba<br />
och mycket långsamma processer är det komplicerat att utvärdera miljöeffekten av<br />
fosforn som kommer <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong>.<br />
9
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Figur 1. Fosforns omsättning (<strong>från</strong> Pierzynski et al., 1997).<br />
Fosforupptag av växter<br />
Vanligen anges ett koncentrationsvärde på 0,2 mg/l som den nivån som växterna behöver,<br />
men <strong>till</strong> och med en så pass låga koncentration som 0,03 mg/l har visat sig <strong>till</strong>räckligt<br />
för jordbruksproduktion (Mengel & Kirkby, 1987). Kritiska nivåer för alg<strong>till</strong>växt i<br />
<strong>vatten</strong> är lägre t. ex. 0,005-0,01 mg/l (McCutcheon et al., 1992). Huvudformen för växt<strong>till</strong>gänglig<br />
fosfor är troligen oorganisk ortofosfat (PO4-P). I situationer där ortofosfat är<br />
begränsande kan dock troligen löst organisk fosfor tas upp av både växter på land och<br />
av fria alger i <strong>vatten</strong> (Ron Vaz et al., 1993).<br />
1.2 Tre former av fosfor i jorden<br />
Den allra största mängden av fosforn i jorden är o<strong>till</strong>gängliga för växtupptag på<br />
grund av att den <strong>till</strong> stor del är kemiskt hårt bunden. En del fosfor är också bunden<br />
i organisk form och en mindre del finns som joner fästa på <strong>mark</strong>partiklarna (adsorbtion).<br />
Den direkt växt<strong>till</strong>gängliga fosforn i <strong>mark</strong>vätskan utgör den minsta<br />
mängden. Den komplexa kemiska jämvikten mellan joner i <strong>mark</strong>vätskan och den<br />
kemiskt bundna fosforn är alltså starkt förskjuten <strong>till</strong> den fasta fasen. Olika jordar<br />
(liksom sjösediment) har mycket olika kapacitet att adsorbera och desorbera (släppa)<br />
fosfor. Fosforns låga löslighet medför att mycket litet (ung. 0,7 mg/l eller 0,5<br />
kg/ha) föreligger i löst form (Persson et al., 1994). I jordar som är nygödslade kan<br />
maxhalter på 6-8 mg/l uppmätas i <strong>mark</strong>vätskan.<br />
10
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Figur 2. Fosforföreningar vid olika pH (<strong>från</strong> Brady, 1984). Mängden fosfor i de olika polerna är<br />
kontrollerade av koncentrationsförändringarna och kan beskrivas som kemiska jämvikts<strong>till</strong>stånd<br />
där sorption-desorptionprocesser sker <strong>till</strong>sammans med kemiska fällnings- och upplösningsprocesser.<br />
Denna bild visar den fosfor som föreligger i kemisk form. Dessutom finns det en rad organiska<br />
bundna fosforföreningar i jorden.<br />
Sorberad fosfor<br />
Oorganisk P i jorden finns i tre olika stadier; absorberad inne i <strong>mark</strong>partiklar, adsorberad<br />
<strong>till</strong> partikelytor och i löst form i vätskefasen. Det är vanligt att fosforn är bunden <strong>till</strong><br />
ytor av t ex leror. I allmänhet kommer högvittrade jordar att adsorbera mer fosfor eftersom<br />
de har stort innehåll av ler, aluminiumoxid och järnoxid. Det kan vara svårt att bestämma<br />
om fosforn är absorberad eller adsorberad <strong>till</strong> jorden. Båda begreppen sammanfattas<br />
därför ofta som sorberad fosfor.<br />
Analys av fosfor i jorden<br />
Fosfor i jorden kan analyseras genom totaluppslutning med oxiderande syror och med<br />
olika extraktionsmetoder. Internationellt förekommer en rad olika metoder, vilket är ett<br />
stort problem om man ska göra jämförelser. I Sverige har man av tradition mest använt<br />
P-AL metoden. Till 5,00 g lufttorr jord sätts 100 ml av en lösning bestående av 0,1 M<br />
ammoniumlaktat och 0,4 M ättiksyra (pH 3,75). Blandningen får jämvikta vid 21ºC på<br />
skak under 90 minuter. Lösningen filtreras genom ett cellulosa acetat filter med en pordiameter<br />
av 0,2 µm, varefter den molybdatreaktiva fosforn bestäms i filtratet. Numera<br />
används ICP-teknik i stället för kolorimetrisk metod varför även vissa lösliga organiska<br />
föreningar inkluderas i P-AL-talet som därför automatiskt blir något högre. Metoden ger<br />
en relativt god uppfattning om mängden växt<strong>till</strong>gänglig fosfor vid normala svenska pHvärden<br />
men tar inte hänsyn <strong>till</strong> all organiskt bunden fosfor. Med ett annat extraktionsförfarande<br />
enligt Olsen & Sommers (1982) som används mycket i USA, extraheras en<br />
lättlöslig form av P, Bray-P. Den svenska metoden för förrådsfosfor (P-HCl) då jorden<br />
extraheras med saltsyra motsvarar omkring 80-90 % av den totala fosforn man får efter<br />
en kraftig uppslutning (Eriksson, et al., 1999). I P-HCl ingår betydligt mer av den organiskt<br />
budna fosforn. Föreningar som kräver kraftig oxidation för att gå i lösning ingår<br />
däremot inte, liksom mycket hårt mineralbunden fosfor. Fosforfraktionering enligt<br />
Hieltjes & Lijklema (1980) nyttjas mycket i limnologiska sammanhang.<br />
11
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Jordbruksjordar i Sverige har normalt ett pH som varierar <strong>från</strong> 5,5-7,4. Den största<br />
andelen <strong>till</strong>gänglig fosfor finns i samma intervall (Figur 2). Huvuddelen av Sveriges<br />
åkerjord är naturligt fattig på lät<strong>till</strong>gänglig fosfor på grund av kallt klimat och<br />
långsam vittring av mineralerna. Mera vittrade mineraler betyder att det finns mera<br />
ytor som kan sorbera fosfor än när det bara finns normalt strukturerade mineraler.<br />
Fosfor frigörs vanligen <strong>till</strong> <strong>mark</strong>vätskan genom vittring av, och desorption <strong>från</strong><br />
apatiter och <strong>från</strong> kalciumfosfater, samt mineralisering av organisk substans. Fosforn<br />
som <strong>till</strong>förs med gödslingen kan fixeras <strong>till</strong> de icke-kristallina oxiderna av järn<br />
och aluminium (Fe och Al). Fosforn kan också inkapslas genom att den blir innesluten<br />
i amorfa strukturer t. ex. de med sammansättningen Al-O-OH. Detta gör att<br />
fosforn <strong>från</strong> gödslingen ”åldras”. Fosfor bildar också svårlösliga föreningar med<br />
kalcium vid höga pH-värden och med Fe och Al vid låga pH-värden. Rena kemiska<br />
fällningsreaktioner med järn- och aluminumföreningar kan därför förekomma<br />
(Figur 2) t. ex. som flouroapatit. Denna kemiska fixering av fosfor minskas vid<br />
närvaro av organiska ämnen.<br />
1.2 Jordarnas förmåga att sorbera fosfor<br />
Sorbtionen av fosfor påverkas av odlingsåtgärder (gödsling, kalkning, förändrad<br />
mullhalt jordbearbetning, mm) som förändrar halten växt<strong>till</strong>gänglig fosfor. Vid<br />
<strong>till</strong>försel av stallgödsel <strong>till</strong>för man både fosfor och organiskt material. Sorptionen<br />
påverkas också av jordens pH, och innehåll av organiskt material. Nära en rot kan<br />
utsöndringar <strong>från</strong> denna, i form av t ex oxalat och citrat, påverka sorptionen eftersom<br />
dessa joner konkurrerar med jonerna i jorden.<br />
Av betydelse för jordens sorptionskapacitet (PSC) är hur den fosforgödslats<br />
tidigare, dess fosforinnehåll och dess övriga egenskaper. En viktig faktor är jordens<br />
innehåll av amorfa, dvs. strukturlösa, former av alumiumoxider (Borggaard et al.,<br />
1990; Bloom, 1981; Börling et.al., 2001). Komplex av organiska ämnen verkar<br />
också påverka PCS (Bloom, 1981; Börling et al., 2001; Niskanen, 1990a och b).<br />
Organiskt material förhindrar kristalliseringen av hydroxider och ökar därför jordens<br />
reaktivitet (Niskanen, 1990a och b; Borggaard et al., 1990). Å andra sidan kan<br />
organiska syror (t. ex. <strong>från</strong> stallgödsel) ockupera bindningsställen och minska fastläggningen<br />
(Ivarsson, 1989). Ju mera aluminium, järn eller lera en jord innehåller,<br />
ju mera fosfor kan den adsorbera. Denna förmåga ökar också vid mycket låga eller<br />
vid höga pH-värden. I svenska jordar beskrivs ofta aluminium som den parameter<br />
som har det största inflytandet på absorptionen.<br />
Absorptionsindex och fosformättnadsgrad<br />
Absorptionsindex (PSI) kan uttryckas som mängden absorberad fosfor dividerat med<br />
logaritmen för jämviktskoncentrationen d.v.s.<br />
PSI=X/log C (mmol·kg-1 jord). Graden av fosformättnad (DPS) kan uttryckas som<br />
en kvot mellan P-AL talet och PSI: DPS= P-AL/PSI.<br />
12
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
För att kvantifiera PCS på ett enkelt sätt kan man använda ett index - PSI (Börling<br />
et al., 2001). Man <strong>till</strong>sätter en stor mängd fosfor som får jämvikta sig med jorden<br />
och får ett maximumvärde som är typiskt för absorptionsreaktionen (Bache &<br />
Williams, 1970). Därefter beräknar man jämviktskoncentrationen vid absorberingen.<br />
Detta är alltså en snabbmetod för att se om jorden närmar sig en fosformättnadsnivå<br />
som ökar risken för fosforförluster. En sådan jord måste man fosforgödsla<br />
med stor försiktighet eller inte alls.<br />
När absorberad fosfor ackumulerar i en jord med låg absorptionskapacitet kommer<br />
fosformängden i den lösta polen att öka vilket kan leda <strong>till</strong> mer förluster av<br />
fosfatfosfor (PO4-P) <strong>till</strong> miljön (Beauchemin & Simard, 1999). På så sätt visade<br />
Uusitalo & Tyhkanen (2000) på ökad fosfordesorptionen då oxider av aluminium<br />
och järn blev mer fosformättade. När en jord <strong>till</strong> slut har klassats som fosformättad<br />
har den en dålig absorberande förmågan eftersom det inte finns absorptionsplatser<br />
kvar. Dessutom gör höga koncentrationer av anjoner på partikelytorna att de stöter<br />
i<strong>från</strong> varandra mera än annars.<br />
1.3 Jordars fosformättnadsgrad<br />
För att bestämma hur mycket fosfor som det är lämpligt att gödsla med i Sverige<br />
används vanligen P-AL metoden. Med denna extraherar man den växt<strong>till</strong>gängliga<br />
fosforn i en sur ammoiumlaktatlösning (Egnér et al., 1960). P-AL metoden ger<br />
däremot inte <strong>till</strong>räcklig information om risken för fosforläckage eftersom varje<br />
jordtyp har olika mönster (Djodjic & Börling, 2004). P-AL metoder bör därför<br />
kombineras med bestämningar av sorptionskapaciteten och av fosformättnadsgraden<br />
om man vill se om den kan klassas som riskjord för fosforläckage. Genom att<br />
beräkna jordarnas grad av fosformättnad (DPS) kan man få en indikation på deras<br />
potential att frigöra fosfater. Låg grad av fosformättnad kan indikera litet läckage.<br />
Det skulle behövas en enkel metod för att bestämma gödslingsbehovet och fosformättnaden<br />
och som man samtidigt kan relatera <strong>till</strong> jordens risk för förluster av<br />
fosfatfosfor. I Nederländerna finns ett sådant fosforindex som är anpassad <strong>till</strong> deras<br />
typ av jordar, men den passar inte för svenska jordar med mycket apatiter. DPS<br />
beräknad för några svenska jordar har visat sig vara relaterad <strong>till</strong> fosfatkoncentrationen<br />
i dräneringsvattnet, men det är bara en indikation då sambandet är baserat<br />
på bara ett fåtal försöksfält (Figur 3).<br />
Man bör inte bara känna <strong>till</strong> fosformättnadsgraden utan också varför och hur<br />
transporten av fosforn sker. I lerjordar kan snabba flöden <strong>från</strong> <strong>mark</strong>ytan dominera<br />
(Djodjic, et al., 1999) och för dessa jordar är därför analysen av ytjordens fosformättnadsgrad<br />
speciellt viktig. I sandjordar rinner vattnet med mera kontakt med<br />
jordpartiklarna i <strong>mark</strong>profilen. Det blir viktigt att också bestämma <strong>mark</strong>kemiska<br />
förhållanden i alven (Beauchemin & Simard, 1999). En alv som kan binda fosforn<br />
och som dessutom har en sådan struktur att växtrötterna tar sig dit innebär en minskad<br />
risk för fosforutlakning.<br />
13
DRP (mg l -1 )<br />
0.45<br />
0.40<br />
0.35<br />
0.30<br />
0.25<br />
0.20<br />
0.15<br />
0.10<br />
0.05<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
0.00<br />
0 25 50 75 100 125 150 175<br />
DPS-AL (%)<br />
Figur 3. Graden av fosformättnad uttryckt som kvoten mellan fosfor, järn och alumininum<br />
(DPS_AL) och medelhalten av fosfatfosfor (PO4P) i dränerings<strong>vatten</strong> <strong>från</strong> några svenska<br />
och nordiska fält (Ulén , 2005). För sandjordar har fosformättnaden i alven utnyttjats.<br />
1.4 Organiskt bunden fosfor i jord<br />
I mineraljordar utgör den organiskt bundna fosforns del av det totala fosforinnehållet<br />
en okänd andel Av den organiskt bundna fosforn kan en del vara lätt omsättningsbart<br />
medan andra fraktioner kan vara stabila. Mindre än hälften av de<br />
organiska fosforföreningarna i jorden är identifierade. Den största gruppen är<br />
fytinsyror. Andra vanliga P-föreningar är fosforlipider och nukleotidfosfater<br />
(Leinweber et al., 2002). Att det finns så få enkla organiska föreningar beror an-<br />
tagligen på att enzymerna snabbt bryter ner dem. Fosfataser och andra enzymer<br />
som har extracellulärt ursprung <strong>från</strong> rötterna spelar då vanligen en stor roll. Rötterna<br />
utsöndrar organiska ämnen och vid nedbrytningen av organiskt material frigörs<br />
också organiska föreningar i <strong>mark</strong>vätskan. Med hjälp av dessa kan fosfater hållas<br />
mer lät<strong>till</strong>gängliga i <strong>mark</strong>en (Stevenson, 1981).<br />
Färska växtrester med mycket lättnedbrytbart organiskt material kan snabbt<br />
ge i<strong>från</strong> sig oorganisk fosfor <strong>till</strong> <strong>mark</strong>lösningen, medan mera stabila organiska<br />
material som organiskt slam, humus och kompost vanligen ger i<strong>från</strong> sig fosfor<br />
långsamt. Ju högre <strong>vatten</strong>halt ett material har ju mindre fosfor finns det i den fasta<br />
fasen. Organiska gödselmedel innehåller både organiskt bunden fosfor och oorganisk<br />
(mineralisk) fosfor. Flytgödsel <strong>från</strong> svin och nöt har en mycket stor andel<br />
<strong>vatten</strong>löslig oorganisk fosfor jämfört med fast stallgödsel (Figur 4). Minst var<br />
andelen <strong>vatten</strong>löslig fosfor i slam <strong>från</strong> komposterad gödsel som sedimenterat.<br />
Mycket <strong>vatten</strong>löslig fosfor kan vara negativt i och med att växterna kanske inte<br />
hinner ta upp fosforn som istället binds <strong>till</strong> jorden. Fosforn i den fasta fasen kommer<br />
i stället att frigöras på längre sikt vid nedbrytningen av den organiska substansen.<br />
14
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
1.5 Fosfor i stallgödsel<br />
Ungefär 70 % av fosforn i stallgödsel beräknas vara i form av kalciumfosfat och<br />
resterande 30 % i en organiskt bunden form (Hoffman & Hege, 1985)., som omsätts<br />
relativt snabbt (Werner et al., 1988). Stallgödselfosforn betraktas vanligen<br />
schablonmässigt som lika lät<strong>till</strong>gänglig för växterna som mineralgödselfosforn,<br />
även om fosforn i stallgödsel finns i olika former. Exempel finns på att stallgödsel<strong>till</strong>försel<br />
ökar mängden lättrörlig fosfor djupare ner i <strong>mark</strong>profilen mer än vad<br />
mineralgödsel<strong>till</strong>försel gör (Eghball et al., 1996). Denna lättrörlighet anses hänga<br />
samman med innehållet av högmolekylära, <strong>vatten</strong>lösliga föreningar i stallgödseln.<br />
Organiska fosforkomplexen har visat sig förflyttas snabbare <strong>till</strong> större djup än oorganiskt<br />
fosfor (Pagel et al., 1985). En växtföljd med mycket stallgödsel och vall<br />
medför också mycket organiska syror vilket gör att fosfaterna blir lösliga. Detta<br />
kan bero på indirekta mikrobiella processer som kan öka <strong>mark</strong>ens potential för att<br />
transportera fosforn.<br />
Flytgödsel av svin och höns innehåller stora mängder oorganisk fosfor i form<br />
av fosfater (Leinweber et al., 2002). Mark som gödslats med stallgödsel under en<br />
längre period har framför allt förhöjda koncentrationer av oorganisk fosfor. Detta<br />
beror även på att det sker en snabb mineralisering av organisk fosfor <strong>till</strong> oorganisk<br />
fosfor (Steineck et al, 2000).<br />
Flytgödsel Strögödsel Fastgödsel Org. slam Org. slam<br />
svin nöt kyckling nöt flytande sedimenterat<br />
TS 2,9% 4,6% 68% 32% 7,1% 23%<br />
Figur 4. Andelen av fosfor som är extraherbar i <strong>vatten</strong> (%) och andel torrsubstans (TS) i flytgödsel,<br />
strögödsel, fastgödsel och organiskt slam <strong>från</strong> komposterad gödsel (<strong>från</strong> Withers et al., 2003).<br />
15
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
P-AL klasser<br />
De fosforkoncentrationer man får efter extraktion i den sura ammoniumlaktatlösningen<br />
brukar delas in i fem klasser som det undersökta fältet klassificeras efter:<br />
P-AL-klass mg P/100 g jord<br />
I 16<br />
Eftersom man ofta övergått <strong>från</strong> kolorimetrisk <strong>till</strong> ICP-teknik vid analysen mäter man<br />
numera något högre P-AL tal än för några decennier sedan<br />
1.6 Fosforkoncentrationer i svenska jordar<br />
Ursprungligen var huvuddelen av de svenska jordarna fattig på växt<strong>till</strong>gänglig fosfor<br />
vilket visades i fältexperiment på 1930- och 1940-talet. Dessa försök banade<br />
väg för en kraftig fosforgödsling, speciellt av sockerbetor och potatis, under 60talet<br />
och början av 70-talet. Nu har gödslingen av mineralgödsel minskat igen och<br />
motsvarar i genomsnitt 6 kg P/ha (Statistiska centralbyrån, 2002). Gödslingen med<br />
stallgödsel har däremot varit ganska konstant ända sedan 20-talet och motsvarar<br />
8 kg P/ha åker (Statistiska centralbyrån, 2002). Under en 40-årsperiod har man<br />
byggt upp en fosforreserv i jordbruksjordarna som beräknats <strong>till</strong> 600-700 kg/ha<br />
(Andersson et al., 2000). Vidare sammanfattade Eriksson et al. (1997) att endast<br />
13,5 % av Sveriges 2,7 milj. ha jordbruks<strong>mark</strong> <strong>till</strong>hörde de två lägsta fosforklasserna<br />
av de fem som baseras på P-AL-bestämningar. Medelvärdet <strong>från</strong> en landsomfattande<br />
undersökning (3109 matjordsprov) var ett P-AL tal på drygt 10. Detta<br />
motsvarar klass IV på den femgradiga klassindelningen (se faktarutan). Högst var<br />
P-AL talet i sydlänen och på södra östkusten (Tabell 1). De undersökta jordarna har<br />
också karakteriserats med avseende på textur, pH och organisk substans (data <strong>från</strong><br />
Eriksson et al., 1999).<br />
16
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 1. Antal jordprov i matjordsskiktet, jordens specifika area (SA), pH, organisk substans<br />
(Org. subst.) P-AL och P-HCL (mg/100 g torr jord), fosforklass samt beräknad totalfosfor (TOTP)<br />
i procent i sex olika regioner i Sverige. Data <strong>från</strong> Eriksson et al., (1997, 1999)<br />
Region län Antal SA* pH Org. P-H TOTP** P-AL P klass<br />
subst. Cl<br />
(%) (mg/100 g) (%) (mg/100 g)<br />
Norrland AC, 364 3,5 6,0 7 78 0,093 7,0 III<br />
BD, Z,<br />
Y, X, W<br />
V Svealand och S, T, P, 490 4,0 6,0 6 75 0,090 5,9 III<br />
NV Götaland O<br />
Mälarregionen U, C, 572 5,3 6,3 6 84 0,098 9,7 IV<br />
AB, D<br />
S Östkusten E, H, I 490 3,8 6,7 8 82 0,097 12,3 IV<br />
Centrala R, F, G 449 3,2 6,2 7 85 0,098 9,3 IV<br />
Götaland<br />
Sydlänen K, M, N 744 2,9 7,3 5 87 0,101 14,6 IV<br />
*beräknad <strong>från</strong> sambandet SA = (andel ler * 8 + andel mjäla * 2,2 + andel sand * 0,3) * bulkdensitet<br />
**beräknad <strong>från</strong> sambandet %TotP = 0,0008877 * P-HCl + 0,0237 (Eriksson et al., 1999)<br />
Analys av olika fosforformer i <strong>vatten</strong><br />
Det finns ingen klar gräns mellan partikulär och löst fosfor. Den lösta fosforn analyseras<br />
som den fosfor som kan passera ett filter och den partikulära fosforn som den fosfor<br />
som fångas på filtret. Vanligen används membranfilter med porstorleken 0,45 mm eller<br />
0,2 mm. Den partikelbundna fosforn (PartP eller PP) beräknas vanligen som skillnaden<br />
i totalfosforkoncentration före och efter filtreringen. Den allmänt använda analysmetoden<br />
för lösta fosfater utförs i sur miljö efter filtreringen. Det låga pH-talet kan medföra<br />
att en del lösta organiska syror hydrolyseras och kommer att ingå i analysresultatet.<br />
Detta är antagligen av mindre praktisk betydelse eftersom algerna ofta kan utnyttja<br />
också den fosforn. Analysresultatet brukar redovisas på flera sätt: som fosfatfosfor<br />
(PO4-P), som ’dissolved reactive phosphorus’ (DRP) eller som molybdatreaktiv fosfor<br />
(MRP). Här har den betecknats som (PO4-P(f)) för att visa att man filtrerat provet före<br />
analysen. Resterande fosfor i filtratet brukar också redovisas på flera sätt: som övrig<br />
filtrerad fosfor (övr.P (f)), som ’dissolved unreactive phosphorus’ (DUP) eller som ’dissolved<br />
organic phosphorus’ (DOP). Den sistnämnda beteckningen är dock tveksam<br />
eftersom denna fraktion inte har visats sig vara i organisk form, tvärtom kan mycket<br />
vara som oorganiska kolloider (Ulén, 2003b).<br />
1.7 Fosfor i <strong>vatten</strong><br />
Fosforn i <strong>vatten</strong> kan finnas som oorganisk eller organisk partikulärt bunden fosfor<br />
och som oorganisk och organisk löst fosfor. Mellan den partikulära fosfor och den<br />
lösta formen finns dessutom en mellanform: fosfor bunden <strong>till</strong> mer eller mindre<br />
kolloidala partiklar med mycket långsam sedimentationshastighet (Ulén, 2004a).<br />
Den oorganiska partikulära fosforn kan vara fosfor adsorberad på metalloxider eller<br />
bunden <strong>till</strong> lerpartiklar på annat sätt eller den kan bildas vid kemisk utfällning av<br />
metalljoner med fosforföreningar, vid nedbrytning av organiskt material, och i<br />
vissa <strong>till</strong>fällen, genom fällning med kalcium. Desorption av oorganisk löst fosfor<br />
sker snabbt – inom ett par sekunder <strong>till</strong> upp <strong>till</strong> någon minut (Leinweber et al.,<br />
17
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
2002). Fosfater uppträder som ortofosfater, H2PO4- eller HPO42- varvid fördelningen<br />
huvudsakligen är beroende på pH. Båda formerna tas lätt upp av växternas<br />
rötter och av algerna i vattnet. Vidare kan oorganiskt löst fosfor uppträda som poly-<br />
och megafosfater som kan hydrolyseras <strong>till</strong> ortofosfater. Organiskt löst fosfor kan<br />
finnas i socker, fetter, proteiner. Identifierade föreningar är av flera typer: monoestrar,<br />
sockerfosfater, diestrar och fosfonater. Man vet ofta inte om dessa ämnen<br />
härstammar <strong>från</strong> aktiva celler eller <strong>från</strong> döda celler vid nedbrytning.<br />
1.8 Fosforkoncentrationer i <strong>vatten</strong> <strong>från</strong><br />
åker<strong>mark</strong><br />
Fosforhalterna i <strong>vatten</strong> som rinner av på ytan, eller dränerar genom <strong>mark</strong>en varierar<br />
väldigt mycket, både i tid och rum. I tabell 2 anges långtidsmedelhalter <strong>från</strong> olika<br />
regioner i Sverige för <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> dräneringsrör som avvattnar ren jordbruks<strong>mark</strong>.<br />
Vattnet kan ha nått dräneringsledningarna efter att ha passerat <strong>mark</strong>profilen eller<br />
också, i flera fall, mera direkt via yt<strong>vatten</strong>brunnar. Det är alltså en blandning av yt<strong>vatten</strong><br />
och <strong>vatten</strong> som passerat <strong>mark</strong>profilen som analyseras. Hur stor andel som är<br />
yt<strong>vatten</strong> är okänt. Vattenproverna är momentanprover.<br />
Tabell 2. Vatten <strong>från</strong> dräneringsrör. Antal observationsfält, jordens specifika area (SA), årsavrinning<br />
(AVR), pH, totalt organiskt kol (TOC), totalfosfor (TOTP) och fosfatfosfor efter filtrering<br />
(PO4P(f)) i <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> dräneringsrör som långtidsmedelvärden 1977-1999 vid momentanprovtagning<br />
i sex olika regioner i Sverige. Observationsfälten ingår i Naturvårdsverkets miljöövervakning.<br />
Vattnet påverkas inte av avlopp eller av skog.<br />
Region Län Antal SA* AVR pH TOC** TOTP PO4P(f)<br />
(mm) (mg/l)<br />
Norrland AC, Z 2 3,6 275 6,2 5 0,05 0,02<br />
V Svealand , NV Götaland S, T 2 3,0 216 6,2 - 0,15 0,08<br />
Mälarregionen med omnejd C, D 2 9,2 145 7,1 13 0,29 0,10<br />
S Östkusten E 4 4,7 145 7,6 6 0,12 0,07<br />
Centrala Götaland R 2 3,6 230 7,1 8 0,10 0,04<br />
Sydlänen M, N 4 2,7 304 7,3 12 0,20 0,12<br />
*beräknad <strong>från</strong> sambandet SA = (andel ler * 8 + andel mjäla * 2,2 + andel sand * 0,3) * bulkdensitet<br />
**beräknad <strong>från</strong> perioden 1994/1999<br />
18
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 3. Yt<strong>vatten</strong>. Jordens specifika area (SA), årsavrinning (AVR), pH, totalt organiskt kol<br />
(TOC), totalfosfor (TOTP) och fosfatfosfor efter filtrering (PO4P(f)) i yt<strong>vatten</strong> som långtidsmedelvärden<br />
under olika perioder <strong>från</strong> fyra platser i Sverige. Fältet AC ingår i Naturvårdsverkets miljöövervakning<br />
och övriga platser är försöksrutor; <strong>från</strong> W län (Ulén & Kalisky, 2003); <strong>från</strong> D län<br />
(Ulén, 2003a) och <strong>från</strong> N län (Ulén, 1997)<br />
Region Län Antal SA* AVR Medel Medel Max Max<br />
(mm) TotP PO4-P TotP PO4-P<br />
Norrland AC 1 4,0 195 0,29 0,19 3,26 2,67<br />
W 1 4,2 78 0,74 0,05 5,94 0,54<br />
Mälarregionen<br />
med omnejd<br />
D 1 4,9 62 0,49 0,27 1,10 0,42<br />
Södra länen N 1 4,8 6 0,27 0,04 0,89 0,27<br />
*Beräknad <strong>från</strong> sambandet SA = (andel ler * 8 + andel mjäla * 2,2 + andel sand * 0,3) * bulkdensitet<br />
Fosforhalterna är högst i Mälarregionen med omnejd som har hög andel lera i jorden<br />
och <strong>från</strong> sydlänen med höga fosfortal i jorden. En typisk halt är 0,15 mg totalfosfor<br />
per liter. I samband med lågflöde då det mesta av vattnet utgörs av grund<strong>vatten</strong>,<br />
minskar ofta koncentrationerna <strong>till</strong> att vara lägre än detektionsgränsen (vanligen<br />
0,01 mg/l). Halterna i enbart yt<strong>vatten</strong> (tabell 3), dvs. <strong>från</strong> <strong>vatten</strong> som uppsamlats<br />
på <strong>mark</strong>ytan, är högre än i det bland<strong>vatten</strong> som samlats <strong>från</strong> dräneringssystemen.<br />
De maximalt uppmätta koncentrationerna i yt<strong>vatten</strong> är några mg totalfosfor<br />
per liter.<br />
I tabell 4 redovisas fosforhalter i jordbruksbäckar i olika regioner. Fosforhalterna<br />
har korrigerats med schablonvärden för att räkna bort bidrag <strong>från</strong> enskilda<br />
avlopp och <strong>från</strong> <strong>mark</strong> som inte utgörs av åker<strong>mark</strong> (10-60 % är icke jordbruks<strong>mark</strong>).<br />
Den beräknade genomsnittliga totalfosforhalterna i bäckarna är densamma<br />
som i vattnet <strong>från</strong> dräneringsrören dvs. 0,15 mg/l. I samband med lågflöde kan<br />
däremot de uppmätta halterna i bäckarna vara höga <strong>till</strong> följd av fosfor <strong>från</strong> de enskilda<br />
avloppen och för att fosfor lätt slammas upp i bottennära <strong>vatten</strong>.<br />
Gemensamt för de tre typerna av <strong>vatten</strong> är att andelen lösta fosfater är en betydande<br />
andel av totalfosforn. I genomsnitt har koncentrationen fosfatfosfor efter<br />
filtrering, PO4P(f), varit; i dränerings<strong>vatten</strong> 50 %; i yt<strong>vatten</strong> 30 % och i jordbruksbäckarna<br />
56 % av totalfosforn. Det är bara i rena yt<strong>vatten</strong> eller dränerings<strong>vatten</strong><br />
med mycket yt<strong>vatten</strong>inslag där den partikelbundna fosforn brukar dominera. Det<br />
finns dock exempel på dränerade lerjordar med lågt P-AL-tal i jorden där vattnet<br />
har en mycket liten andel lösta fosfater (Lindström & Ulén, 2003).<br />
19
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 4. Jordbruksbäckar. Antal typområden, jordens specifika area (SA), årsavrinning (AVR),<br />
pH, totalt organiskt kol (TOC), totalfosfor (TOTP) och fosfatfosfor efter filtrering (PO4P(f)) i jordbruksbäckar<br />
som långtidsmedelvärden 1988-1999 vid momentanprovtagning i sex olika regioner<br />
i Sverige. Bäckarna ingår i Naturvårdsverkets miljöövervakning<br />
Region Län Antal SA* AVR pH TOC TOTP** PO4P(f)**<br />
(mm) (mg/l)<br />
Norrland AC, W 2 5,9 207 5,8 13 0,12 0,07<br />
V Svealand,<br />
NV Götaland<br />
S, T, P, O 6 4,2 294 7,2 15 0,11 0,03<br />
Mälarregionen<br />
med omnejd<br />
U, C, AB, D 7 5,9 170 7,6 10 0,16 0,07<br />
S Östkusten E, H, I 6 3,7 139 7,9 9 0,19 0,12<br />
Centrala Götaland R, F, G 4 3,1 341 7,2 14 0,09 0,03<br />
Sydlänen K, M, N 10 1,5 282 7,7 9 0,16 0,06<br />
*Beräknad <strong>från</strong> sambandet SA = (andel ler * 8 + andel mjäla * 2,2 + andel sand * 0,3) * bulkdensitet<br />
**Beräknad efter korrektion av enskilda avlopp och andel icke-åker<strong>mark</strong> (Ulén et al., 2001)<br />
20
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
2 Diffusa fosforförluster <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
– mekanismer för mobilisering<br />
och transport<br />
Allmän beskrivning av diffusa förluster<br />
Såväl kemiska, biologiska som fysikaliska processer är inblandade i mobiliseringen<br />
av fosforn <strong>från</strong> <strong>mark</strong>en. Kemiska reaktioner kontrolleras av jämviktsprocesser,<br />
dock utan att systemet når jämvikt. Biologiska processer har stor betydelse för organiskt<br />
fosfor. Dessutom sker mycket av transporten av lösta fosfater i rotzonen<br />
genom transporten genom rötterna. Löst fosfor kan frigöras <strong>från</strong> växtcellerna och<br />
växtresterna om de skadas vid frysning eller torkning. En stor del av fosforn i aktivt<br />
växande grödor är nämligen i oorganisk form och om cellmembranen skadas<br />
kan fosforn i cellerna mobiliseras. Vatten som rör sig på eller genom <strong>mark</strong>en transporterar<br />
fosforn både i löst och i partikelbunden form. Vanligen initieras transporten<br />
av partikelbunden fosfor med hjälp av lätta finpartiklarna, såsom lerpartiklar<br />
och vissa organiska partiklar. Dessa små, lätta partiklar kräver bara liten energi för<br />
att lösgöras och transporteras.<br />
2.1 Mikroorganismernas och mykorrhizans roll<br />
Många mikrober i <strong>mark</strong>en producerar slemämnen som binder ihop jordaggregaten<br />
och därmed förändras förutsättningen för fosfortransporten. En ökad aggregering<br />
av jorden betyder ökad stabilitet och minskad partikelförlust. Mikroorganismerna<br />
medverkar också <strong>till</strong> att organisk fosfor i jorden mineraliseras. Vid nedbrytningen<br />
fungerar kolet i det organiska substratet som energikälla. Omsättningen är ett resultat<br />
av komplicerade samband mellan oorganiska och organiska komponenter i jorden,<br />
mikrober, växtrötter och extracellulära enzymer. T. ex. kan lågmolekylära<br />
organiska syror, producerade av mikroorganismerna i jorden, mobilisera oorganiskt<br />
P som är bundet på aluminium- och järnoxidernas ytor genom ligandutbytesreaktioner<br />
(Goldberg & Sposito, 1985; Fox et al., 1990). Vid nedbrytningen av organiska<br />
äm-nen frigörs fosfor utom vid höga C/P-kvoter. En hög C/P-kvot stimulerar<br />
den mikrobiella <strong>till</strong>växten varvid mycket av den <strong>till</strong>gängliga fosforn konsumeras.<br />
En lägre C/P-kvot resulterar i ett överskott av löst P för mikroorganismerna. Fosforn<br />
frigörs då och kan därmed vara mer <strong>till</strong>gänglig för läckage. I England har den<br />
mikrobiella omsättningen av P uppskattats <strong>till</strong> 5 kg/ha . år i jordbruks<strong>mark</strong> och 23<br />
kg/ha år i gräs<strong>mark</strong> (Brooks et al., 1984). Med hjälp av fosfatasenzym som härstammar<br />
<strong>från</strong> växter och mikroorganismer katalyseras frigörningen av den oorganiska<br />
fosforn <strong>från</strong> den organiska fosforn. Enzymets roll för fosforläckaget är dock<br />
inte förstådd.<br />
Arbuskulär mykorrhiza utgör en ”rotförlängare” och kan förbättra rotupptaget,<br />
speciellt för krävande grödor med dåligt rotsystem. 95% av alla landväxter har<br />
21
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
symbiosen. Bland undantagen är raps och sockerbetor (Ocampo & Hayman, 1980).<br />
De arbuskulära mykorrhiza-svamparna spelar en direkt roll vid upptaget av fosfor<br />
därför att de utsöndrar fosfataser <strong>till</strong> makvätskan. Indirekt spelar de en roll genom<br />
att de modifierar den mikrobiella sammansättningen. Svampen är därför mycket<br />
viktig för växtens fosforupptag <strong>från</strong> jorden och effektiviteten beror bl.a. på mängden<br />
mycel och aktiva arbuskler. Försök (Sjöberg, in prep.) har dock visat att<br />
mykorrhizan inte påverkas av odlingsåtgärder vid vanliga spannmåls- och fodergrödor.<br />
Svampen finns naturligt och behöver inte gynnas för att utvecklas. Mykorrhizans<br />
möjligheten för förbättrat fosforupptag hos växter skulle kunna minska<br />
behovet av fosforgödslingen, som i sin tur på sikt skulle kunna minskar fosforläckaget.<br />
Sambandet mellan mykorrhizabildning och fosforläckaget är dock mycket<br />
komplicerat och har inte kunnat beskrivas.<br />
Arbuskulär mykorrhiza är en symbios mellan svampar (ordningen Glomales) och ett<br />
stort antal grödor. Svamparna har mycel i jorden och bildar arbuskler inne i roten. De<br />
förbättrar växternas <strong>vatten</strong>balans (Joner & Jakobsen, 1994). De kan också påverka<br />
växtens blomning och vara antagonistisk mot växtpatogener. Svamparna missgynnas<br />
av <strong>till</strong>försel av lättlöslig fosfor.<br />
2.2 Förluster via <strong>mark</strong> och dräneringsrör<br />
Transporten av fosfor genom <strong>mark</strong>en kan ske snabbt genom makroporflöde (engelska<br />
"preferential flow" eller "by-pass flow") eller relativt sett mycket långsamt<br />
enligt Darcy's lag. Hastigheten beskrivs med hjälp av <strong>mark</strong>ens hydrauliska konduktiviteten<br />
(K-värdet). Med makroporflöde kan transporten ske utan att den transporterade<br />
fosforn är i jämvikt med jorden. Det kan inträffa i jordar med makroporer,<br />
dvs. sprickor och maskhål, eller när jorden har kanaler jäms med växtrötter. I synnerhet<br />
de s.k. bioporerna (maskgångarna och rotsprickorna) anses verksamma<br />
eftersom dessa ofta är djupa. Flödet kan också ske som en instabil vätningsfront<br />
i en <strong>till</strong> synes homogen jord. I många jordar förekommer båda typerna av makroporflöde<br />
varigenom vattnet kan flöda nedåt mycket snabbare än man kan beskriva<br />
genom klassisk flödesdynamik. Hydrologiskt inträffar makroporflöde då regnintensiteten<br />
eller snösmältningshastigheten överskrider infiltrationskapaciteten. De<br />
minsta makroporerna kan eventuellt vara fyllda med <strong>vatten</strong>, men åtminstone i de<br />
större porerna skapas det ett hydrostatiskt tryck för flödet. Makroporflöde är en<br />
process då ofta bara en liten fraktion av hela porutrymmet utnyttjas av <strong>vatten</strong>flödet.<br />
En mycket liten del av jordvolymen kan på så sätt svara för huvuddelen av flödet<br />
genom <strong>mark</strong>en. Makroporflöde kan också starta i plogsulan, då <strong>vatten</strong> ackumuleras<br />
i mat-jorden och där ett övertryck byggs upp. Ska fosfor transporteras ända ner <strong>till</strong><br />
dräneringsrören med makroporflöde förutsätter detta att makroporerna är kontinuerliga<br />
ända <strong>till</strong> dräneringsdjupet. Makroporflöde av lösta fosfater har visats fungera<br />
på detta sätt (Djodjic et al., 1999). Via dräneringsledningarna kan fosforn sedan<br />
snabbt nå <strong>vatten</strong>dragen. Vattnet i dräneringsledningar består <strong>till</strong> en del av sådant<br />
<strong>vatten</strong> som kommer direkt <strong>från</strong> <strong>mark</strong>ytan men är framför allt ytligt grund<strong>vatten</strong>.<br />
22
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Partikulär fosfor Med inre erosion menar man en partikeltransport genom <strong>mark</strong>profilen.<br />
Om partiklarna har sitt ursprung på <strong>mark</strong>ytan, har eroderats i själva <strong>mark</strong>profilen,<br />
eller är material som ansamlats runt dräneringsledningarna och slammats<br />
upp, är inte helt utrett. Sålunda är gammalt långtidstransporterat material runt<br />
själva dräneringsrören en tänkbar källa för fosfor i dränerings<strong>vatten</strong>. Material som<br />
binder fosfor kan också tänkas sedimentera temporärt i dräneringsledningarna och<br />
spolas ut senare vid kraftiga flöden. Det finns dock starka indicier på att en transport<br />
kan ske <strong>från</strong> <strong>mark</strong>ytan. T. ex. har bekämpningsmedlet glyfosat, som sprids på<br />
ytan och som adsorberas <strong>till</strong> <strong>mark</strong>partiklar på liknande sätt som fosfater, återfunnits<br />
efter sprutningssäsongen i ytsedimentet i flera jordbruksbäckar (Ulén et al.,2003c).<br />
Löst fosfor Avrinningsvattnet kan tvätta ut fosfater <strong>från</strong> partiklar och kolloider.<br />
Speciellt smält<strong>vatten</strong> som har låg salthalt har förmågan att slamma upp lermineraler<br />
med stor negativ laddning. Ur detta extraheras sedan fosfaterna som kan transporteras<br />
genom <strong>mark</strong>profilen medan större partiklar möjligen <strong>till</strong> viss del filtreras<br />
bort. Samtidigt med makroporflödet kan det också ske en långsam rörelse av vattnet<br />
genom <strong>mark</strong>en. När denna infiltration sker genom alven <strong>till</strong> jordlager med<br />
mindre fosforinnehåll blir jämviktskoncentrationen med fosforn lägre och löst fosfor<br />
kan då adsorberas <strong>till</strong> jorden. Alvens förmåga att binda fosfatfosforn är därför<br />
också av stor betydelse för fosforläckaget. I Sverige finns exempel på lättjordar<br />
(t. ex. på Listerlandet) där hela jordprofilen har högt innehåll av P-AL och dessa<br />
jordar har också ett mycket stort och uthålligt fosforläckage (Ulén, 1999). Exempel<br />
på motsatsen är lättjordar med järnrik alv (Djodjic, et al., 1999) som kännetecknas<br />
av ett obetydligt fosforläckage.<br />
Sammanfattningsvis kan fosfortransporten och förlusterna genom <strong>mark</strong>en ske på<br />
flera sätt varvid hydrologiska faktorer är mycket viktiga. Kvantifiering i relation <strong>till</strong><br />
olika <strong>mark</strong>parametrar saknas dock i stor utsträckning. För att kunna åtgärda förlusterna<br />
är det nödvändigt att förstå vari<strong>från</strong> fosforn förlorats<br />
2.3 Yt<strong>vatten</strong>förluster<br />
Hydrologiskt inträffar yt<strong>vatten</strong>avrinning vid regn eller snösmältning då <strong>mark</strong>en är<br />
så <strong>vatten</strong>mättad att ingen större infiltrering sker. Detta inträffar vanligen då <strong>mark</strong>en<br />
är tjälad och makroporerna är blockerade eller vid en plogsula där jorden är tät<br />
samt vid mycket häftiga regn. Vissa jordtyper är speciellt utsatta såsom mjäla.<br />
Vändtegar med packad jord kan också utgöra en risk. Ytavrinningen sätter mekaniskt<br />
igång erosionen av jordaggregaten, jordpartiklarna och kolloiderna.<br />
Partikulär fosfor När avrinnande <strong>vatten</strong> innehåller höga kvantiteter suspenderat<br />
material sker huvuddelen av fosfortransporten i partikulär form. I början av en<br />
snösmältningsperiod är <strong>mark</strong>en täckt med ett skyddande lager med snö och is, men<br />
mot slutet av snösmältningenförsvinner detta och koncentrationen av partikelfosfor<br />
i smältvattnet ökar kraftigt. Detta gör att fosforförlusterna tenderar att vara större<br />
23
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
när det är fler snösmältningsperioder under året eftersom det då blir fler <strong>till</strong>fällen<br />
med sådana förhöjda halter.<br />
Löst fosfor Koncentrationen av löst fosfor påverkas vid ytavrinningen av vattnet<br />
och ett tunt lager av den översta ytjorden. Fosfatkoncentrationen närmar sig ett<br />
maximumvärde, som är en funktion av desorberbar fosfor i jorden, kvoten <strong>vatten</strong>/jord<br />
och kontakttiden. I avrinnande <strong>vatten</strong> som filtrerats genom t. ex. våt<strong>mark</strong>er<br />
eller gräs<strong>mark</strong>, och har minskat sitt innehåll av partikelbunden fosfor, är transporten<br />
av löst fosfor betydelsefull. Innehållet av löst fosfor i yt<strong>vatten</strong> <strong>från</strong> gräs<strong>mark</strong><br />
kan bero på direkt avrinning efter gödsling, efterverkning av tidigare års gödsling,<br />
eller den kan bero på att gräsvegetationen släppt i<strong>från</strong> sig fosfor. Efter avdödning<br />
av ogräs med bekämpningsmedel har förhöjda halterna fosfater uppmäts i ytvattnet<br />
<strong>från</strong> en försöksplats (Ulén & Kalisky, 2005a). I försök med avputsad vegetation<br />
<strong>från</strong> gröngödslingsvallar har stora mängder fosfor och kväve avgetts med lak<strong>vatten</strong><br />
(Malgeryd & Torstensson, 2003). Även i <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> jordar med mycket överskottsfosfor<br />
är nivån av löst fosfor hög (Ulén, 1999). Områden med överskottsfosfor<br />
ligger ofta i områden där man gödslat med stora mängder stallgödsel under en<br />
längre tid.<br />
Organiskt bunden fosfor I stallgödsel finns både oorganisk och organiskt bunden<br />
fosfor. Kunskapen om omsättningen av den organiskt bundna fosforn och förlusterna<br />
av denna är dock rudimentär. Man har inte heller systematiskt undersökt<br />
skillnaderna mellan jordar som uppgödslats med stallgödsel jämfört med mineralgödsel.<br />
Stora ytavrinningsförluster av fosfatfosfor har visat sig kunna ske efter<br />
stallgödselapplicering i samband med kraftig nederbörd (Wither et al., 2003) men<br />
i vilken form resten av fosforn förlorats har inte undersökts. Adenosintripfosfat<br />
(ATP) och fosforlipider är kända att snabbt brytas ner i jorden och har därför<br />
använts som ”bio<strong>mark</strong>erare” för att spåra fosfor <strong>från</strong> stallgödsel och växtmaterial<br />
(Nash & Halliwell, 2000).<br />
Tabell 5. Källfördelning för totalfosfor <strong>till</strong> <strong>vatten</strong> (bruttotransport) för Sverige år 1999 (Brandt &<br />
Ejhed, 2003)<br />
Area (ha) P ton år-1 Procent<br />
Åker och betes<strong>mark</strong> 3 400 000 1 450 22,3<br />
Skog 27 800 000 2 430 37,4<br />
Kalhyggen 2 200 000 30 0,5<br />
Kärr och våt<strong>mark</strong>er 3 400 000 590 9,1<br />
Annan form av öppen <strong>mark</strong> 1 800 000 340 5,2<br />
Dag<strong>vatten</strong> <strong>från</strong> samhällen 5 500 140 2,2<br />
Reningsverk - 495 7,5<br />
Avlopp <strong>från</strong> enskilda hushåll - 645 9,9<br />
Industrier - 370 5,8<br />
Mjölkrum - 10 0,1<br />
Totalt 47 200 000 6500 100<br />
24
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 6. Bakgrundsbelastning och antropogen (av människan förorsakad) belastning på olika<br />
havsbassänger. Punktkällorna inbegriper mjölkrum, enskilda avlopp, reningsverk och industrier<br />
(Brandt & Ejhed, 2003)<br />
Havsbassäng Bak- Åker- Kal- Dag- Punkt- Antro- Antro-<br />
grunds- <strong>mark</strong> hyggen <strong>vatten</strong> källor pogen pogen<br />
belast- och <strong>från</strong> sam- belast- belast-<br />
ning beten hällen ning ning<br />
(ton år -1 ) (ton år -1 ) (ton år -1 ) (ton år -1 ) (ton år -1 ) (ton år -1 ) (%)<br />
Bottenviken 750 50 10
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
3 <strong>Fosforförluster</strong>nas storlek<br />
Allmänt om kvantifiering av fosforförluster<br />
Hit<strong>till</strong>s i rapporten har endast koncentrationer i vattnet redovisats, inte transporterade<br />
mängder. I miljösammanhang är det viktigt att kvantifiera hur stor den sammanlagda<br />
belastningen av fosforn är på ett <strong>vatten</strong>drag, en sjö eller en havsbassäng.<br />
Samtidigt vill man också göra en källfördelning som kvantifierar andelen av olika<br />
bidrag. Man vill då också relatera förlusterna <strong>till</strong> någon form av bakgrundsbelastning<br />
för att se hur mycket av förlusterna som beror på de mänskliga aktiviteterna;<br />
det antropogena bidraget. För jordbruks<strong>mark</strong>ens del innebär den antropogena påverkan<br />
att man odlar <strong>mark</strong>en och tar ut skördar. Ett allmänt mätproblem är att fosfortransporten<br />
med <strong>vatten</strong> inte bara varierar rumsligt utan också tidsmässigt. Detta<br />
gör att det är nödvändigt med flödesstyrd provtagning (se Bilaga 1). Ofta har detta<br />
inte skett och mycket som publicerats får ses som minimumsiffror.<br />
Den hit<strong>till</strong>s noggrannaste källfördelningen av fosfor <strong>från</strong> Sverige <strong>till</strong> haven har<br />
beräknats för år 1999 (Brandt & Ejhed, 2003). Man beräknade då bruttotransporten<br />
av fosfor <strong>till</strong> haven utan hänsyn <strong>till</strong> eventuell kvarhållning (retention) i <strong>vatten</strong>drag<br />
och sjöar. Fosfortransporten <strong>från</strong> åker<strong>mark</strong> är baserade på en uppskalning av<br />
regressionssamband <strong>från</strong> 16 svenska fält (Ulén et al., 2001). Eftersom skogsarealerna<br />
är så stora beräknades det totala bidraget häri<strong>från</strong> som stort (Tabell 5). Livsmedelsproduktionen<br />
och dess följder (åker<strong>mark</strong>, reningsverk och enskilda avlopp)<br />
beräknades dock svara för en ännu större andel. Storleken på det beräknade antropogena<br />
bidraget beror på vilken bakgrundsbelastning man relaterar den <strong>till</strong>.<br />
I Brandt & Ejhed (2003) har man för åker<strong>mark</strong>en använt sig av värden baserat<br />
på fosforförluster <strong>från</strong> skogs<strong>mark</strong>. Detta betyder låga bakgrundsvärden och ”det<br />
mänskliga” bidraget har därför rimligen överskattats i tabell 6.<br />
3.1 Avlopp <strong>från</strong> enskilda hushåll<br />
Den fosfor som finns i ett hushållsspill<strong>vatten</strong> härrör i huvudsak <strong>från</strong> urin, fekalier<br />
och fosfatbaserade tvättmedel. Förbrukningen av fosfater med rengöringsmedel har<br />
minskat kraftigt under de senaste 15 åren, men användningen är på uppgång igen<br />
eftersom ersättningsmedlen inte uppfyllt förväntningarna. Dessutom uppstår problem<br />
i reningsverken eftersom de är byggda för fosforfällningar. Rekommendationerna<br />
har mer övergått <strong>till</strong> att använda fosforhaltiga tvättmedel i hushåll anslutna<br />
<strong>till</strong> avloppsreningsverk men att inte använda sådana tvättmedel på landsbygden där<br />
man inte är ansluten <strong>till</strong> avloppsreningsverk. Vid beräkning av bruttobidraget av<br />
fosfor används ofta schablonvärdet 1.5 g P/pers. * dygn som bidraget <strong>från</strong> människans<br />
fekalier och urin och ytterligare 0.6 g P/pers. * dygn <strong>från</strong> bad-, dusch- och<br />
tvätt<strong>vatten</strong> (Naturvårdverket, 1995). I slamavskiljare är fosforreduktionen max.<br />
10 %, men med stor variation <strong>från</strong> dag <strong>till</strong> dag beroende på aktiviteter i hushållet<br />
(Stuanes & Nilsson, 1985). För att beräkna fosforreduktionen i enskilda avloppsanläggningarna<br />
används siffror som bygger på ett fåtal undersökningar. För <strong>mark</strong>-<br />
26
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
bäddar anger Naturvårdverket en fosforreduktion på 25-50 % men hur lång livslängden<br />
kan vara är inte utrett. För infiltrationsanläggningar anges en reduktion på<br />
60 - 80 %, en siffra som kan ifrågasättas (Fredriksson, 1994). Beräkningarna av de<br />
enskilda avloppens bidrag <strong>till</strong> fosfortransporten är mycket osäkra. Framför allt är<br />
retentionen mellan anläggningen <strong>till</strong> det aktuella <strong>vatten</strong>draget helt okänd. Ibland<br />
har man försökt att väga in detta genom att beräkna avståndet <strong>från</strong> varje anläggning<br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong>draget och anta en reduktion i proportion här<strong>till</strong>. Eftersom avloppsdikena<br />
kan bli mättade med fosfor så småningom är fosforreduktionen inte permanent.<br />
I en utredning om alternativa enskilda avloppsanläggningar (Hellström et al.,<br />
2003) uppmättes fosforhalterna i avloppsvattnet före slamavskiljare <strong>från</strong> 10 anläggningar<br />
vara 6 mg/l TotP och 4,9 mg/l PO4P i genomsnitt. I utvärderingen av<br />
15 anläggningar som är alternativ <strong>till</strong> de <strong>mark</strong>bäddar och infiltrationsanläggningar<br />
som används idag, klarade samtliga anläggningar kravet på 90-procentig fosforreduktion.<br />
Speciellt bra fungerade de anläggningar som använde kemisk fällning,<br />
men även de som utgjorde små biologiska minireningsverk reducerade P <strong>till</strong>fredsställande.<br />
Fosfathalterna i det utgående vattnet varierade mellan 0,04 och 9,2 mg/l<br />
och reduktionen motsvarade mer än 90% av fosforn.<br />
3.2 Bakgrundsnivåer<br />
Fosfor via nederbörden Det finns stora osäkerheter vid bestämning av fosfornedfallet<br />
via nederbörden. Mätningar med s.k. bulkinsamling på öppna fält är osäkra<br />
och variationerna i fosforhalten har en ganska lokal karaktär (Knulst, 2001). Den<br />
totala atmosfärsdepositionen i Skandinavien är vanligen 0,04-0,07 kg/ha * år<br />
(Persson & Broberg, 1985). Andelen organisk fosfor uppskattas vara ungefär hälften.<br />
Fosforkoncentrationen i nederbörden som når jordbruks<strong>mark</strong>en kan öka betydligt<br />
genom läckage <strong>från</strong> grödans ovanjordiska växtmaterial <strong>till</strong> nederbördsvattnet<br />
(Stinner et al., 1984). Kunskapen om detta är mycket dålig. I skogs<strong>mark</strong> anges fosforhalten<br />
öka 2,4 ggr när nederbörden passerar genom trädkronorna (Persson &<br />
Broberg, 1985). De anger en bakrundsdeposition av 0,1-0,2 kg/ha * år.<br />
Fosfor <strong>från</strong> skog <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> skogs<strong>mark</strong> är rimligen för låga för att utgöra<br />
bakgrundsförluster för åker<strong>mark</strong>. I åtminstone en svensk studie har jordbruks<strong>mark</strong><br />
visat sig vittra betydligt mer än närliggande skogs<strong>mark</strong> (Ulén & Snäll, 1998).<br />
Kvoten fosfor/kisel i ett antal större <strong>vatten</strong>drag antyder att bakgrundshalten av fosfor<br />
<strong>från</strong> åker kan vara 2,5 ggr högre än <strong>från</strong> skog. Det antropogena bidraget <strong>från</strong><br />
åker kan då beräknas <strong>till</strong> i genomsnitt drygt 0,2 kg P/ha * år (Ulén, 2003b).<br />
Fosfor <strong>från</strong> obrukad <strong>mark</strong> Dränerings<strong>vatten</strong> av ogödslad gräs<strong>mark</strong> har på en<br />
lokal uppmätts ha en totalfosforkoncentration på knappt 0,05 mg/l (Ulén, 2005a)<br />
och bäckar <strong>från</strong> relativt ostörda avrinningsområden i Dan<strong>mark</strong> på 0,05-0,06<br />
(Larsen et al., 1999). Diatoméstudier i Mälaren som indikerar historiska fosforhalter<br />
(Bradshaw & Anderson, 2001) gav ungefär samma koncentrationer; 0,05-<br />
0,06 mg/l. Med en avrinning på 200 mm motsvarar detta 0,1-0,2 kg P/ha * år. Jordbruks<strong>mark</strong><br />
i försök som varit ogödslade sedan 50-talet har visat på högre fosforför-<br />
27
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
luster: 0,2-0,5 kg/ha (Djodjic & Börling, 2004). Förlusterna har inte visat sig vara<br />
relaterade <strong>till</strong> gödslingen och jordar med låg skörd har ofta gett stora läckage.<br />
Tabell 7. Antal observationsfält, dominerande grödor, årsavrinning (AVR) samt förlust via dräneringsrör<br />
av total-fosfor (TOTP) och fosfatfosfor efter filtrering (PO4P(f)) som långtidsmedelvärden<br />
1977-1999 vid momentan provtagning i sex olika regioner i Sverige. Observationsfälten ingår<br />
i Naturvårdsverkets miljöövervakning<br />
Region Län Antal Dominerande grödor AVR TOTP PO4P(f)<br />
(mm) (kg/ha*år) (kg/ha*år)<br />
Norrland AC, Z 2 vall, korn, havre 275 0,26 0,11<br />
V Svealand, NV Götaland S, T 2 vall, korn, havre 216 0,32 0,15<br />
Mälarregionen med omnejd C, D 2 vall, korn, havre 145 0,57 0,18<br />
S Östkusten E 4 höstvete, korn, 145 0,17 0,05<br />
havre, vall oljeväxter<br />
Centrala Götaland R 2 höstvete, havre, 230 0,23 0,10<br />
vall, korn<br />
Sydlänen M, N 4 höstvete, potatis, 304 0,57 0,36<br />
sockerbetor, majs,<br />
havre, korn<br />
3.3 Förluster <strong>från</strong> enskilda fält<br />
Årstransporten av löst fosfor och totalfosfor i dränerings<strong>vatten</strong> <strong>från</strong> de svenska<br />
observationsfälten anges i tabell 7. Det är samma fält där koncentrationerna redovisades<br />
i tabell 2. Av de 16 fälten svarade två ensamt för närmare hälften av fosforförlusterna,<br />
medan 7 av fälten <strong>till</strong>sammans bara svarar för drygt 10 % av den sammanlagda<br />
förlusten. Fält med mycket yt<strong>vatten</strong>brunnar och varierad topografi har i<br />
allmänhet större förluster av partikelbunden fosfor än andra i så motto att avståndet<br />
<strong>till</strong> en yt<strong>vatten</strong>brunn tycks ha en viss betydelse för fosforhaltens storlek. Stora förluster<br />
av fosfor via dräneringen (upp <strong>till</strong> 3 kg/ha) har uppmäts <strong>från</strong> enskilda fält i<br />
utlandet (Lundekvam, 1990; Culley et al.; 1983; Skaggs et al., 1994). Mycket stallgödsel<br />
har också gett stora dräneringsförluster av fosfor (Withers et al., 2003). Hur<br />
stor andel av den totala fosforförlusten i Sverige som transporteras via <strong>mark</strong>en och<br />
hur mycket som transporteras på ytan är svårt att kvantifiera. I det ofta flacka mellan<br />
svenska landskapet med lerjord svarar transporten via dräneringssystemen rimligen<br />
för den största andelen. Sålunda uppmättes betydande transport av fosfor via<br />
dräneringssystem på Varaslätten där ytavrinningen av fosfor är försumbar (Ulén &<br />
Mattsson, 2003) och <strong>från</strong> dräneringssystem med marina leror i östra Sverige (Ulén<br />
& Persson, 1999). Ingen har vågat kvantifiera yterosionens betydelse för den totala<br />
fosforförlusten i Sverige. Det finns dock ingen tvivel om att den lokalt kan spela<br />
stor roll.<br />
28
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
3.4 Förluster <strong>från</strong> avrinningsområden<br />
Hydrologiska och <strong>mark</strong>kemiska faktorer Genom omfattande studier i avrinningsområden<br />
i Pennsylvania har man visat att avrinningen ofta härstammar <strong>från</strong><br />
vissa källområden som periodvis komprimeras och kontrakteras under nederbörds<strong>till</strong>fällena.<br />
Dessa förändringar kan ske mycket snabbt (Zollweg et al., 1996). De<br />
låglänta områdena närmast <strong>vatten</strong>draget kännetecknas ofta av en hög grund<strong>vatten</strong>yta<br />
och under nederbördsrikare perioder förflyttar sig detta område snabbt längre<br />
upp för sluttningarna för att sedan snabbt krympa nedåt igen.<br />
Vissa delar av avrinningsområdet kan kännetecknas av en högre halt fosfor i<br />
jorden än andra t. ex. genom en lång tids stallgödselanvändning (Sharpley &<br />
Rekolainen, 1996). Genom detta, eller genom att en hög grund<strong>vatten</strong>nivå gör att<br />
fosforn i <strong>mark</strong>en blir mer kemiskt labil, kan vissa delområden leverera mycket<br />
fosfor <strong>till</strong> <strong>vatten</strong>dragen. De låglänta områdena har dessutom ofta hög lerhalt och<br />
kan därmed svara för en stor del av fosfortransporten. I något fall har så lite som<br />
10 % av avrinningsområdet yta visat sig svara för hela 90 % av transporten. En<br />
identifiering av kritiska områden för fosforförluster är en viktig uppgift, så att<br />
speciella åtgärder kan sättas in där.<br />
Tabell 7-1. Fosforindex för att gradera den potentiella fosforförlusten <strong>från</strong> ett enskilt fält beroende<br />
på karaktären av transporten enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000). Vägningsfaktorer<br />
är fetstilade. Jorderosionen beräknas med en modifiering av USLE (en empirisk modell framtagen<br />
i USA på 70-talet). Ytavrinningsklasserna är baserade på jordart och lutning.<br />
Karakteristik Potentiell fosforförlust<br />
Jorderosion 0,8 *x jord (t ha -1 )<br />
Ytavrinningsklass Ingen/mkt låg (0) Låg (2) Medel (4) Hög (6) Mkt hög (8)<br />
Alvens dränerings- Mycket låg (0)<br />
förmåga<br />
Låg (2) Medel (4) Hög (6) Mkt hög (8)<br />
Potential för läckage Låg (0) Medel (2) Hög (4)<br />
Avståndet <strong>från</strong> fält- > 30m >30m+>7,5m 7,5m<br />
ej göslad zon<br />
Prioritering av Kategori 3 Kategori 2 Kategori 2 Kategori 1 Kategori 1<br />
recipient (0) (1) (2) (3) (4)<br />
3.5 Riskbedömning i ett avrinningsområde<br />
I ett svenskt avrinningsområde (Djodjic et al., 2002) användes en riskbedömning<br />
för varje enskilt fält med hjälp av det fosforindex som används i Maryland. Denna<br />
metod (Tabell 7-1 - 7-6) bygger på faktorer för erosion, avrinning, vattnets infiltrationsförmåga<br />
i alven, jordens kapacitet att avge fosfor och <strong>till</strong>förseln av handelsgödsel<br />
och organiskt fosfor.<br />
29
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 7-2. Fosforindex för att gradera den potentiella fosforförlusten beroende på <strong>mark</strong>kemi och<br />
odlingsåtgärder enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000). Vägningsfaktorer är fetstilade<br />
Karakteristik Potentiell fosforförlust<br />
Jordtest, näringsindex 0,2 * index<br />
Nivå mineralgödsel 0,05 * (kgP/ha)<br />
Gödslingsmetod Ingen Gödseln Gödseln inkor- Gödseln appliceras Gödseln<br />
placeras poreras inom på <strong>mark</strong>ytan mars appliceras<br />
djupare 5 dagar <strong>till</strong> november <strong>mark</strong>ytan<br />
än 2,5 cm efter appli- ELLER december<br />
cering gödseln inkorpore- <strong>till</strong> februari<br />
ras >5 dagar efter<br />
applicering<br />
(0) (15) (30) (45) (60)<br />
Stall/gröngödsling 0,08 * (kgP/ha)<br />
Gödslingsmetod stall- Ingen Gödseln Gödseln inkor- Gödseln appli- Gödseln<br />
eller gröngödsling placeras poreras inom 5 ceras på ytan mars- appliceras<br />
djupare än dagar efter nov. ELLER inkorpo- på <strong>mark</strong>ytan<br />
2,5 cm applicering reras inom 5 dygn december <strong>till</strong><br />
därefter februari<br />
(0) (15) (30) (45) (60)<br />
Tabell 7-3. Avrinningsklasser för yt<strong>vatten</strong> enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000). Vägningsfaktorerna<br />
är fetstilade<br />
Sluttning Permeabilitet cm/timme<br />
Sluttning Mycket snabb Måttligt snabb Måttligt Långsam Mycket<br />
(%) (>50) <strong>till</strong> snabb långsam <strong>till</strong> långsam<br />
(5-50) måttlig<br />
(0,5-5) (0,15-0,50) (>0,15)<br />
(Ringa Försumbar (0) Försumbar (0) Försumbar (0) Försumbar (0)Försumbar (0)<br />
avrinning)<br />
20 Liten (2) Måttlig (4) Hög (6) Mycket hög (8) Mycket hög (8)<br />
Koefficienterna för jordarnas dräneringsförmåga (Tabell 7-1) och permeabilitet<br />
(Tabell 7-3) är anpassade för delstatens jordart. Motsvarande beräkningar saknas<br />
för svenska jordar med olika jordarter. För riskuppskattningar bör man också<br />
beakta andra hydrologiska faktorer. Avrinningen sker framför allt i vissa källområden.<br />
I områden med hög grund<strong>vatten</strong>yta eller mycket makroporflöde kan fosforförlusterna<br />
öka dramatiskt. För att utveckla riskbedömningen är det alltså viktigt,<br />
dels att få fram bättre samband mellan <strong>mark</strong>analyser och fosforförluster, och dels<br />
att kunna göra en hydrologisk riskbedömning i fält.<br />
30
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 7-4. Avrinningsklasser för dränerings<strong>vatten</strong> enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000).<br />
Vägningsfaktorer är fetstilade<br />
Djup <strong>till</strong> Dräneringsklass<br />
grund<strong>vatten</strong>- Mkt dålig Dåligt Halvdåligt Halvbra Bra Utmärkt Ytterst bra<br />
nivå (m) dränerad dränerad dränerad dänerad dränerad dränerad dränerad<br />
0-5 Hög Mkt hög Mkt hög Mkt hög Mkt hög Mkt hög Mkt hög<br />
(6) (8) (8) (8) (8) (8) (8)<br />
6-12 Måttlig (4) Måttlig (4) Måttlig (4) Måttlig (4) Hög (6) Hög (6) Hög (6)<br />
13-20 Låg (2) Låg (2) Låg (2) Låg (2) Måttlig (4) Måttlig (4) Måttlig (4)<br />
>20 Mkt låg (0) Mkt låg (0) Mkt låg (0) Låg (2) Låg (2) Låg (2) Låg (2)<br />
Täckdikat* Hög (6) Hög (6) Hög (6) Hög (6) Hög (6) Hög (6) Hög (6)<br />
*alla djup<br />
Tabell 7-5. Läckagepotentialen enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000). Vägningsfaktorer är<br />
fetstilade<br />
Läckagevärde<br />
Djup <strong>till</strong> grund<strong>vatten</strong>nivån (m) 1 2 3<br />
0-5 Måttlig (2) Hög (4) Hög (4)<br />
6-12 Låg (0) Måttlig (2) Hög (4)<br />
13-20 Låg (0) Måttlig (2) Hög (4)<br />
>20 Låg (0) Låg (0) Måttlig (2)<br />
Tabell 7-6. Modifiering med hänsyn <strong>till</strong> buffertzoner enligt praxis i Maryland, USA (Coale, 2000).<br />
Vägnings-faktorer är fetstilade<br />
Avstånd <strong>till</strong> yt<strong>vatten</strong> och annan information om buffertzonen Värde<br />
>30m <strong>till</strong> yt<strong>vatten</strong> 0<br />
15m permanent bevuxen buffert ELLER 2<br />
7,5m permanent bevuxen buffert OCH 2<br />
>7,5m icke Pgödslad zon<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
för om det <strong>till</strong>rinnande vattnet har hög fosforkoncentration än sjöar med snabb<br />
<strong>vatten</strong>omsättning. Förhållandet mellan kväve och fosfor är också av betydelse.<br />
Tabell8 visar att sjöar med höga fosforkoncentrationer främst finns i Mälarregionen<br />
med omnejd och i sydlänen. Det är också där de högsta fosforhalterna<br />
mätts upp i <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> dräneringsrör.<br />
Tabell 8. Totalfosforhalter (TOTP) som medelvärden i sex olika regioner i Sverige beräknade<br />
<strong>från</strong> mätningar <strong>från</strong> dräneringsrör och i bäckar samt fördelningen av sjöar (%) klassade efter<br />
totalfosforhalter sommartid (Johansson & Persson, 2001) och ett enkelt sjöindex<br />
Region o länskod Dränerings Jordbruks Sjöar Sjöar Sjöar Enkelt<br />
<strong>vatten</strong> bäckar klass 1 klass 2 klass 3 sjöindex<br />
TOTP TOTP 0,025- 0,050- >0,100 för<br />
0,050 0,100 eutrofi<br />
(mg/l) (mg/l) (%) (%) (%)<br />
Norrland<br />
AC, BD, Z, Y, X, W<br />
0,05 0,12 81 15 4 1,5<br />
V Svealand, NV Götaland<br />
S, T, P, O<br />
0,15 0,11 84 11 5 1,4<br />
Mälarregionen med<br />
omnejd U, C, AB, D<br />
0,29 0,16 61 30 9 2,0<br />
S Östkusten<br />
E, H, I<br />
0,12 0,19 66 30 4 1,8<br />
Centrala Götaland<br />
R, F, G<br />
0,10 0,09 75 20 5 1,6<br />
Sydlänen<br />
K, M, N<br />
0,20 0,16 68 20 12 1,9<br />
32
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
4 Fosforn omsättning i <strong>vatten</strong>drag<br />
4.1 Processer<br />
Vattendragen kan ta emot fosfor via vinderosion, ytavrinning, dränerings<strong>vatten</strong>,<br />
grund<strong>vatten</strong> nederbörd och via punktkällor. Där<strong>till</strong> kommer ökningen av fosforhalten<br />
vid interna processer i <strong>vatten</strong>draget såsom bottenerosion, bankerosion, suspension<br />
och biologiska/kemiska processer. Minskning i fosforhalten kan ske genom<br />
sedimentation och andra biologiska och kemiska processer. Genom sedimentationen<br />
kan det således ske en retention av fosfor. En signifikant sådan har också<br />
konstaterats i några jordbruksåar (Wörman et al., 1995) liksom att det vid sommarens<br />
lågflöden sker en ansamling av fosforn i bottenbädden (Ulén et al., 2003).<br />
Senare under säsongen kan den partikelbundna fosforn öka genom resuspension<br />
<strong>från</strong> bottnar. Denna temporära upplagring medför att retentionen av fosfor uppströms<br />
ett <strong>vatten</strong>drag kan reglera variationerna i fosforhalten nedströms. Eroderat<br />
material <strong>från</strong> åbädden har egenskaper som senare kan tänkas medföra fosforfrigörelse<br />
och desorption av fosfat <strong>från</strong> partiklarna om de når sjöar som har andra pHvärden<br />
och andra redoxförhållanden än <strong>vatten</strong>draget. En signifikant erosion av<br />
fosforrikt material <strong>från</strong> bankarna har också uppmätts (Krongvang et al., 1997). I<br />
Dan<strong>mark</strong> anses detta vara en av de viktigaste källorna för fosfor i <strong>vatten</strong>dragen.<br />
33
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
5 Fosforns omsättning i sjöar<br />
5.1 Processer<br />
Eutrofiering i egentlig mening är <strong>vatten</strong>kemiska förändringar: större näringsrikedom,<br />
ökad <strong>vatten</strong>grumling och ökad syreförbrukning i bottenvattnet. Förändringarna<br />
ger i sin tur upphov <strong>till</strong> biologiska förändringar såsom ökad produktion och<br />
biomassa, ökad produktion av bakterier och djur, förändrad artsammansättning<br />
m.m.<br />
I sjöars bottensediment är det mycket vanligt att fosforn binds <strong>till</strong> järnhydroxidkomplex,<br />
men denna typ av bindning upphör när syrgashalten närmar sig noll.<br />
Fosfat kan då snabbt lösas ut ur sedimenten <strong>till</strong> vattnen men processen påverkas av<br />
bl. a. nitrat<strong>till</strong>gången. Nitrat kan ersätta syre och motverka reduktion av järn i sedimentytan.<br />
Den fosfor som finns bunden i bottensedimentet kan kemiskt karaktäriseras<br />
genom extraktioner som visar hur stor andel som är permanent bunden och<br />
hur stor andel som kan tänkas gå i lösning. Med en allmänt brukad metod arbetar<br />
man med fyra fraktioner i sedimentet.<br />
De viktigaste mekanismerna som transporterar löst fosfor <strong>från</strong> porvattnet upp<br />
<strong>till</strong> fria <strong>vatten</strong>massan är: bioturbation, vindinducerad turbulens, gasutströmning och<br />
diffusion (Persson & Olsson, 1992).Den organiska fosforn i bottensedimenten är<br />
antagligen rörlig i större utsträckning än man tidigare trott, bl. a. genom snabb<br />
nedbrytning eller frigörelse <strong>från</strong> bakterier vid syrgasbrist. Dessutom kan den organiska<br />
fosforn i partikelform föras upp i <strong>vatten</strong>massan när övervintrande blågröna<br />
alger vandrar <strong>från</strong> bottensedimentet och uppåt. Den kan också föras upp av ätande<br />
mört och karpfiskar. Vindinducerad turbulens gör att det kan ta minst 10 år innan<br />
fosfor är mera permanent begravd i bottensedimentet (Sonzogni et al., 1982). I en<br />
större svensk sjö har det beräknats <strong>till</strong> 50 år (Rydin, 1999).<br />
Fosforfraktioner med metod för extrahering av sjösediment enligt Hieltjes & Liklema<br />
(1980)<br />
(1) Den oorganiska fosfor som bundits <strong>till</strong> kalk som apatitkomplex och som kan betraktas<br />
som olöslig.<br />
(2) Den icke apatitbundna oorganiska fosforn.<br />
(3) En labil fraktion av fosforn som kan gå i lösning, framför allt vid höjt pH och/eller<br />
mycket låg syrgashalt.<br />
(4) Den organiskt bundna fosforn.<br />
Mätning av alg<strong>till</strong>gänglig fosfor Vad som potentiellt är alg<strong>till</strong>gängligt uppskattas dels<br />
genom biotester med alger och dels genom kemisk extraktion. Ingen kemisk fraktion<br />
representerar emellertid alg<strong>till</strong>gänglig fosfor <strong>till</strong>fredsställande (Ekholm, 1998). Vid algtesterna<br />
påverkas resultatet mycket av själva utförandet. Alger i direktkontakt med partiklar<br />
kan frigöra extra fosfor genom sina ytbundna enzymer. Om algerna blandas kraftigt<br />
med partiklarna ger därför ett algtestet ett högt värde på <strong>till</strong>gängligheten jämfört<br />
med om alger och partiklar åtskiljs av ett membran. De lösta fosfaterna är direkt alg<strong>till</strong>gängliga.<br />
Annan fosfor som ingår i analysen av totalfosfor står vanligen i någon slags<br />
jämvikt med den alg<strong>till</strong>gängliga fosforn vilket är anledningen <strong>till</strong> att man över huvud taget<br />
mäter den totala fosforn.<br />
34
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
5.2 Fosforns alg<strong>till</strong>gänglighet<br />
Den negativa miljöeffekten av fosfor uppkommer om det finns för mycket alg<strong>till</strong>gänglig<br />
fosfor så att det sker eutrofiering. Alg<strong>till</strong>gänglig fosfor är summan av den<br />
omedelbart <strong>till</strong>gängliga fosforn och den fosfor som kan överföras i alg<strong>till</strong>gänglig<br />
form genom desorption, kemisk upplösning, enzymatisk nedbrytning eller någon<br />
annan process. Den är därför beroende av många miljöfaktorer.<br />
Partikulär fosfor Mycket av fosfortransporten <strong>från</strong> jordbruket sker före säsongen<br />
då algproduktion är hög och 80-90 % av de förluster <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong> som redovisats<br />
i tabell 5-7 har skett under perioden oktober-april. Man kan befara att den<br />
partikulära fosforn <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong>en skulle kunna få effekt långt senare än då<br />
den mesta av fosfor <strong>från</strong> jordbruket belastar <strong>vatten</strong>dragen. Orsaken kan vara, dels<br />
att pH då är högre, dels att halten löst fosfor då är lägre i <strong>vatten</strong>dragen. En sammanställning<br />
av nordiska erfarenheter av alg<strong>till</strong>gängligheten av fosfor i dränerings<strong>vatten</strong><br />
visade på spannet 0-58 % (Ekholm, 1998) mätt med algtester. Den del av<br />
den partikulära fosforn <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong> som var alg<strong>till</strong>gänglig i biotestförsök<br />
med <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> sydfinska åar var ibland så låg som 5 %. I ren ytjord var däremot<br />
<strong>till</strong>gängligheten större, i medeltal 20 % (Ekholm, 1998). Eroderat material skulle<br />
därför ha kunnat förbrukat sin alg<strong>till</strong>gängliga fosfor innan den når <strong>vatten</strong>draget.<br />
Där skulle partiklarna rentav kunna minska alg<strong>till</strong>gängligheten genom sorption. I<br />
en studie av en sjö visade också Ekholm (1998) att den externa belastningen var<br />
mindre än den alg<strong>till</strong>gängliga fosforn som frigjordes internt i den aktuella sjön.<br />
Löst fosfor Löst fosfor och vissa lösta organiska fosfater är direkt biologiskt <strong>till</strong>gänglig,<br />
de senare genom hydrolys och mineralisering med fosfatasenzym. Fosforn<br />
i <strong>vatten</strong> som runnit av <strong>från</strong> områden med mycket djurproduktion var mer bio<strong>till</strong>gänglig<br />
än fosfor i avrinnande <strong>vatten</strong> <strong>från</strong> områden med ren spannmålsproduktion<br />
(Källqvist & Berge, 1990). Fosforn i avlopps-vattnet var <strong>till</strong> stor del var i löst form<br />
och var alg<strong>till</strong>gängligt <strong>till</strong> en mycket hög grad.<br />
Organisk fosfor Tillgängligheten av den organiska fosforfraktionen <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong><br />
för alger har undersökts mycket litet. Fosfor bunden <strong>till</strong> nytt organiskt<br />
material t exempel stallgödsel eller växtrester kan antagligen <strong>till</strong> stor del snabbt<br />
vara alg<strong>till</strong>gänglig. Fosfor bunden <strong>till</strong> mera omsatt organiskt material, dvs mer<br />
stabila organiska föreningar tycks dock vara mycket lite alg<strong>till</strong>gänglig (Sonzogni<br />
et al., 1982) och den humusbundna fosfor är mer eller mindre inert.<br />
35
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
6 Åtgärder för att minska fosforförlusterna<br />
Allmänt om fosforförluster <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
Odling innebär att man bearbetar jorden i större eller mindre grad vilket alltid innebär<br />
en ökad risk för partikeltransport. Jordbearbetningen i sig utgör ett slitage på<br />
jordaggregaten. Odlingen innebär också en möjlighet att bygga upp jordstrukturer<br />
så att <strong>mark</strong>en kan ta emot nederbörden eller<br />
”Den goda jorden” En ur fosforsynpunkt bra jordprofilen borde ha en bra aggregatstabilitet<br />
i matjorden där jordpartiklarna hålls på plats och en bra ”svampfunktion” d.v.s.<br />
infiltrationsförmåga längs hela profilen utan att vattnet transporteras i de eventuella<br />
makroporerna. Mycket viktigt är också att det inte bildas en tät plogsula (egentlig benämning<br />
trafiksula). Dålig infiltration i sulan kan göra att vattnet rör sig ovanpå detta<br />
skikt eller blir stående. Stående <strong>vatten</strong> är av ondo, dels kan partiklar och fosfor slammas<br />
upp i detta, dels är det ett incitament <strong>till</strong> snabba makroporflöden. En bra dränering<br />
minskar risken för att jordaggregaten faller sönder.<br />
smältvattnet utan att fosforförlusterna blir så stora. Därför bör jordaggregaten stärkas<br />
så att de inte slås sönder så lätt utan istället är så stabila som möjligt. Det kan<br />
t ex ske med rätt anpassad jordbearbetning, strukturkalkning och genom att gynna<br />
en hög mullhalt i ytjorden. Markprofilen ända ner <strong>till</strong> dräneringsdjupet bör ha en<br />
bra infiltrationsförmåga så att flödena inte koncentrerar sig <strong>till</strong> makroporer eller så<br />
att det uppstår latterala flöden ovanpå en tät plogsula.<br />
Jordarnas dräneringsstatus har allmänt försämras i Sverige eftersom praktiskt<br />
taget ingen dränering utförts på 90-talet. Ett mål måste vara att kunna ha en för<br />
jordbruksproduktionen optimal <strong>vatten</strong>halt utan att vattnet dränerar av onödigt<br />
snabbt. Dålig infiltration innebär dels att vattnet blir stående och ansamlar fosfor,<br />
dels att det fosforrika vattnet därefter kanaliseras antingen genom vissa makroporer<br />
eller <strong>till</strong> yt<strong>vatten</strong>rännilar.<br />
En annan typ av fosforförluster än det diffusa läckaget är de <strong>till</strong>fälliga förluster<br />
som kan ske i samband med nederbörd <strong>från</strong> nyligen applicerad mineralgödsel eller<br />
stallgödsel (Withers et al., 2003). Sådana förluster kan ske både med ytavrinning<br />
och via dränering. Djurgårdar har där speciella problem. Flytgödseln kan rinna rakt<br />
genom makroporerna. Den kan också täppa <strong>till</strong> de mindre porerna i <strong>mark</strong>en och<br />
åstadkomma en snabb kanaliserad transport av fosfor genom de stora porerna. Då<br />
jorden är blöt och <strong>mark</strong>en skadad av packnigen av de stora flytgödselekipagen kan<br />
det bli stora förluster.<br />
<strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> de betande djurens dynghögar är vanligen måttliga (Whitehead,<br />
2000) Vid koncentrerade djurbeten längs <strong>vatten</strong>drag kan djuren förstöra jordstrukturen<br />
och erosion kan ske i direkt anslutning <strong>till</strong> vattnet (Withers et al., 2003).<br />
Man bör då ställa i ordning ordentliga dricksplatser åt djuren och förstärka <strong>mark</strong>en<br />
där djuren trampar mycket. I Sverige finns nu riktlinjer för söndertrampad <strong>mark</strong>.<br />
36
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Den mesta av fosforn i djurfodret som boskapen äter, återfinns senare i stallgödseln.<br />
Det är därför viktigt att inte överdosera fosforn i foderstaterna utan balansera<br />
den i förhållande <strong>till</strong> den grad som födofosforn <strong>till</strong>godogörs. Detta är ett problem<br />
man diskuterar mycket internationellt. Djurtäthetreglerna i Sverige, som nyligen<br />
justerats, grundar sig just på P-innehållet i foderstaten<br />
Djurgårdar har alltså speciella problem. De jordar som är kraftigt uppgödslade<br />
är ett annat problem. Vissa jordar med högt P-AL tal i såväl matjord som alv kan<br />
läcka mycket fosfatfosfor länge efter det att man övergått <strong>till</strong> en låg gödslingsnivå<br />
(Ulén, 1999). Höga givor under en lång tid bör därför undvikas, speciellt om jorden<br />
har dålig förmåga att sorbera fosforn.<br />
Aggregatstabilitet Aggregatstabiliteten är ett uttryck för hur stabilt jorden kan förhålla<br />
sig <strong>till</strong> en exponering av <strong>vatten</strong>. Den är beroende av jordart, jordens geologiska ursprung<br />
och jordens mullhalt. Det organiska materialet (bl. a. polysackariderna) har den<br />
störst betydelse vid stabiliseringen av aggregaten för de flesta jordarna. I stället för att<br />
mäta jordens uppslammade lerhalt kan man mäta turbiditeten (grumligheten). Lerhalten<br />
har ofta ett enkelt linjärt samband med tuirbiditeten (Etana, 2003).<br />
Jäslera (Björklera) Finkornig lerartad jord som kvarhåller så mycket <strong>vatten</strong> att den utvidgar<br />
sig och sväller mycket då <strong>mark</strong>en tjälas. Vid upptinandet bildar jorden en halvflytande<br />
massa. Beskaffenheten mildras genom avdikning och kalkning (Nordisk familjebok).<br />
Ett tredje speciellt problem är vissa lerjordar som lätt slammar upp kolloider (Ulén<br />
2003a, 2004a). Sådana jordar är så besvärliga att bara vall och höstgrödor ger goda<br />
skördar. Ett fjärde problem är jordar som ”jäser” vid tjällossningen och som naturligt<br />
saknar struktur.<br />
Tänkbara åtgärder för att minska fosforförlusterna <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong> har<br />
sammanfattats i tabell 10. Endast svenska undersökningar refereras. Utländska<br />
resultat kan visa på potentialen men man kan sälla dra slutsatser <strong>från</strong> dessa. Jordarna<br />
har helt andra egenskaper och ofta, speciellt i amerikanska och norska undersökningar,<br />
har man bara studerat yterosion på erosionskänsliga jordar. Jorden utsätts<br />
i Sverige för mycket omväxlande frysning och tiningsprocesser, men effekten<br />
av detta är mycket lite studerad. I många utländska studier har man dessutom enbart<br />
nöjt sig med att studera jorderosion och inte den partikelbundna fosforn. Eftersom<br />
fosforhalten inte är konstant i det eroderade materialet är erosion och förlust<br />
av partikelbunden fosfor inte alltid samma sak.<br />
I Sverige har man stora skillnader i geologiskt-historiskt ursprung mellan jordar<br />
<strong>från</strong> baltiskt ursprung och urbergsmoräner. Sålunda sväller de baltiska lerorna<br />
snabbt igen efter åter-fuktning, medan de vanligaste svenska leror behåller sina<br />
spricksystem längre (Wiklander & Lotse, 1966).<br />
37
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
6.1 Punktkällor<br />
Åtgärder för att minska fosforförlusterna <strong>från</strong> olika punktkällor är en angelägen<br />
uppgift, eftersom de ofta svarar för en betydande del av fosforn i <strong>vatten</strong>dragen.<br />
Denna fosfor är också alg<strong>till</strong>gänglig i mycket hög grad. Att motivera hushållen att<br />
komplettera befintliga trekammarbrunnar med alternativa avloppslösningar, helst<br />
sådana där växtnäringen återförs <strong>till</strong> jordbruket, kan dock vara svårt. Trots personlig<br />
kontakt, möjlighet att rådfråga expertis och ett erbjudet bidrag (35 % av investeringskostnaderna)<br />
under ett par år var det få hushåll som förbättrade sina avloppssystem<br />
i ett avrinningsområde (Ulén & Kalisky, 2005a). I det aktuella fallet<br />
var 50 % av de befintliga avloppsanläggningarna klassade som illegala baserat på<br />
kommunala beslut. Vid kampanjer med gratiskuponger för fosforfria tvättmedel <strong>till</strong><br />
hushållen var det få som utnyttjade dessa.<br />
För gårdar där det inte fungerar med diskning med fosforfria diskmedel i<br />
mjölkrummen bör man istället rekommendera att avloppen leds <strong>till</strong> en urin- eller<br />
flytgödselbrunn. Naturvårdsverket rekommenderar växeldisk som innebär att man<br />
använder ett vanligt alkaliskt klorkombinerat diskmedel <strong>till</strong> morgondisken och ett<br />
fosforfritt syradiskmedel (dock inte fosforsyra) <strong>till</strong> kvällsdisken eftersom ersättningskemikalien<br />
zeolit har gett upphov <strong>till</strong> mekaniska problem.<br />
Läckage <strong>från</strong> eventuella torn- och plansilon skall samlas upp så att inget läcker<br />
ut och dessa punktkällor är numera åtgärdade.<br />
6.2 Förändrade odlingsmetoder<br />
Tillförsel av mineral- och stallgödsel enligt rekommendationerna Målet för<br />
dagens odling är en väl avvägd växtnäringsbalans dvs. att fosfor <strong>till</strong>förs i balans<br />
med bortförseln. Hänsyn tas <strong>till</strong> <strong>mark</strong>kartering enligt de rekommendationer som<br />
Jordbruksverket tagit fram. Syftet är att på sikt sänka P-AL talet för jordar i de<br />
högsta klasserna. I ett jordbruksområde nära Skälderviken där man inte längre<br />
applicerar stora fosforgivor, och där produktionen av stallgödselfosfor minskat,<br />
har fosforhalten i <strong>vatten</strong>draget minskat med statistiskt säkerhet under perioden<br />
1992-2002 (Ulén et al., 2004b).<br />
Undvika applicering på våta jordar Vid all gödsling är det skäl att använda<br />
spridare som går att ställa in med bra precition och sprider jämnt. Att sprida stora<br />
mängder mineral-gödselfosfor under blöta förhållanden kan ge oacceptabla förluster<br />
av fosfor via dränerings-systemen, åtminstone om gödseln får dålig kontakt med<br />
jordens mineraldel (Ulén & Mattsson, 2003). Att sprida flytgödsel <strong>till</strong> vall på <strong>vatten</strong>mättad<br />
<strong>mark</strong> kan också medföra onödiga läckage. Fast stallgödsel som sprids<br />
under hösten kan medföra en viss förhöjning av fosforförlusterna jämfört med om<br />
spridningen görs på våren. Detta visades under en nederbördsrik vinter samtidigt<br />
som fosforn i jorden förflyttade sig djupare ner (Ulén, 2002a). Det rörde sig om<br />
ett försök. De skärpa restriktioner som nu gäller för spridning av stallgödsel under<br />
hösten har som tidigare nämnt haft en positiv inverkan i ett avrinningsområde<br />
38
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
(Ulén et al., 2003). Det kan dock också innebära en risk för packningsskador och<br />
dålig såbädd om våren är blöt och stallgödseln sprids då.<br />
Ökad jordkontakt vid appliceringen av gödseln Fosfor som inte får kontakt med<br />
mineraldelen i jorden är ett riskmoment. Det är därför viktigt att mineralgödselfosforn<br />
blandas väl i jorden om den sprids på hösten. Om fosforn bredsprids före höstsådd<br />
är det viktigt att harvning sker så att gödselkornen omsluts av jord för att<br />
minska förlustrisken. Att bara plöja ned bredspriden fosforgödsel eller PK-gödsel<br />
på hösten före vårsådd innebär stora risker för förluster om vattnet söker sig väg<br />
genom plogtiltorna. Bredspridning av fosforn på våren <strong>till</strong> en höstsådd gröda är inte<br />
heller lämpligt eftersom fosforn <strong>till</strong> största delen stannar i ytskiktet vilket inte är<br />
optimalt för grödans upptag. Nedbrukning av mineralgödseln med radmyllning<br />
eller harvning i samband med sådd är klart att föredra jämfört med bredspridning.<br />
I Finland fann Turtola & Jaakola (1995) att ytapplicering på vall gav en förlust av<br />
löst fosfor som var tre gånger så stor jämfört med om fosforn myllats ner i samband<br />
med sådd av korn. Ytapplicering av fosforgödsel på vall bör därför undvikas.<br />
Om fosforklassen är låg så kan man gödsla för 2-3 års behov i samband med<br />
sådden och mylla ned gödseln. Vall är den gröda som har störst möjligheter att<br />
hämta fosfor ur <strong>mark</strong>ens förråd och man har därmed inte behov av årlig gödsling<br />
om inte <strong>mark</strong>innehållet är lågt (Dock Gustavsson & Sundell, 1983). För övriga<br />
grödor bör man alltid undvika förrådsgödsling eftersom detta ökar risken för läckage<br />
(Ulén & Mattsson, 2003).<br />
Vegetationstät <strong>mark</strong> under vintern För att behålla eller förbättra <strong>mark</strong>ens aggregatstruktur<br />
kan det vara bra att ha <strong>mark</strong>en bevuxen med vegetation. Växtrester kan<br />
också skydda mot regndropparnas slag vid kraftiga regn. Det är dock inte självklart<br />
att själva växttäcket bara har positiva effekter eftersom växtmaterialet kan avge<br />
fosfater.<br />
Fånggröda anläggs för att minska kväveläckaget. Någon entydig effekt så att<br />
den ökar eller minskar yterosionen av partikulär fosfor har inte märkts i svenska<br />
försök (Ulén, 1997; Ulén & Kalisky, 2005b). De eventuella utfrysningeffekterna<br />
av fosfor, dvs att fosfor har frigjorts i och med att växtcellerna skadats tycks ha<br />
varit måttliga i dessa fall. Fånggröda bör därför odlas för att reducera kväveförlusterna<br />
och betydelsen för fosforförlusterna är ringa.<br />
Både svenska (Ulén & Mattsson, 2003) och finska försök (Turtola & Jaakkola,<br />
1995) har indikerat storleksordningen 20 % mindre förluster via dränerings<strong>vatten</strong><br />
vid odling av vall än av korngröda. Skillnaden gällde partikulärt fosfor medan löst<br />
fosfor förlorats med ungefär samma mängd. Frågan om växttäckets betydelse är<br />
dock inte helt utredd. Vid mycket långliggande försök visade Culley et al. (1983)<br />
att 25 år efter dräneringsarbetet hade ytor med permanent gräs signifikant högre<br />
fosfatkoncentrationerna i dräneringsvattnet jämfört med odlad <strong>mark</strong>. Detta förklarade<br />
man med att fosfatfosforn transporterades via maskhål som uppstått först efter<br />
många år.<br />
39
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Plöjning på våren Vårbearbetning har reducerat erosionen högst väsentligt jämfört<br />
med höstplöjning på erosionskänsliga jordar i Norge och Sverige (Lundekvam,<br />
1995; Ulén & Kalisky, 2005a)<br />
Det finns nya redskap (såplog) som möjliggör plöjning på våren på lerjordar<br />
som inte är allför styva. Det kan dock vara svårt att hinna vårplöja de jordar som<br />
torkar snabbt på våren.<br />
Plöjning tidig höst och under torra förhållanden Vid odlingen gäller det att ha<br />
en god struktur hos jorden och detta gynnas om plöjningen sker under torra förhållanden.<br />
Markens <strong>till</strong>stånd vid bearbetningen har stor betydelse. På besvärliga och<br />
struktursvaga jordar bör man vara speciellt försiktig vid såväl plöjning som stubbearbetning<br />
(Puustinen, 1994).<br />
Ett exempel på hur viktigt förhållandena är vid plöjnings<strong>till</strong>fället visas i figur 5.<br />
Fältet är en mellansvensk lera. Bortre delen av fältet höstplöjdes under torra förhållanden<br />
men främre delen ett par veckor senare efter kraftiga höstregn. Det senare<br />
området av fältet fick betydligt sämre struktur och vattnet kunde inte infiltrera<br />
efterföljande vår utan blev stående ovan jord.<br />
Minskad packning av jorden Lerrika jordar med sin utpräglade aggregatstruktur<br />
kan i hög grad pressas samman och formas i fuktigt <strong>till</strong>stånd. När en sådan jord<br />
packas av traktorhjul, är det framför allt grövre sprickor och håligheter mellan<br />
aggregaten som pressas samman. Packning av jorden kan medföra att alla typer<br />
av erosion gynnas. Med <strong>till</strong>tagande packning krymper porsystemet, antalet grövre<br />
porer minskar, och yterosion uppstår lättare. Jordprofilen kan bli tät när det<br />
Figur 5. Höstplöjning då olika partier av <strong>mark</strong>en varit olika blöt<br />
vid plöjnings<strong>till</strong>fället och sedan torkat upp olika snabbt under våren.<br />
bildas en sula under matjorden <strong>till</strong> följd av plöjningen. Packningsskador i övergången<br />
mellan matjord och alv kan bidra <strong>till</strong> partikeltransporten genom <strong>mark</strong>profilen.<br />
Dränerings<strong>vatten</strong> kan rinna ovanpå ett sådant packat skikt <strong>till</strong>s det träffar på en<br />
makropor. Packningsskadorna undviks genom att man utför arbeten under torra<br />
förhållanden, koncentrera de tunga transporterna <strong>till</strong> åkervägarna, sänker lufttrycket<br />
40
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
i däcken och använder större däck. I praktiken är det den sena hösten som det är<br />
mest kritiskt för packning eftersom jorden då vanligen är genomfuktad. En sen<br />
höstplöjning kan medföra problem och allvarliga packningsskador vilket bör undvikas.<br />
Förbättrad jordstruktur och infiltration Plöjning kan vara både <strong>till</strong> nackdel och<br />
<strong>till</strong> fördel för fosforförlusterna. Nackdelar kan vara att jorden förflyttas horisontellt<br />
på fältet genom jordbearbetning samtidigt som organiska materialet i ytjorden<br />
späds ut i och med omblandningen av jorden. Aggregaten bryts ned och förlusten<br />
av partikulärt material kan öka. Genom att kalka med släckt kalk kan man förbättra<br />
strukturen på lerjordar väsentligt. Plöjning skulle teoretiskt kunna vara <strong>till</strong> fördel<br />
genom att makroporsystemet i <strong>mark</strong>en bryts och att infiltrationsförmågan i matjordsskiktet<br />
blir jämnare. Effekten uteblev dock i lysimeterförsök (Djodjic et al.,<br />
2002). Marktäckning är bra för aggregatstabiliteten. Mycket halm kan dock vara<br />
svårt att harva ner och jordbearbeta.<br />
Jordbearbetning innebär att man sliter på aggregaten, speciellt om jorden är<br />
blöt. Har man en gång förstört jordstrukturen kan det ta många år att bygga upp en<br />
bra sådan den igen. Med en ökad halt organiskt material i jorden kan däremot risken<br />
för packningsskador minska. Biologiskt kan alven luckras upp genom grödor<br />
med djupa rötter.<br />
Områden med synlig yterosion har sina speciella problem. Vid körning med<br />
traktor kan strukturen vid <strong>mark</strong>ytan kan brytas ner. Det kan bildas banor i <strong>mark</strong>en<br />
som ytvattnet kan följa och erosionen längs hjulspåren kan bli betydande. Man har<br />
i danska försök fått mindre ytavrinning på plöjd än på höstsådd <strong>mark</strong>. En plöjd yta<br />
kan nämligen magasinera <strong>vatten</strong> ovanpå <strong>mark</strong>ytan upp <strong>till</strong> en viss gräns medan<br />
<strong>vatten</strong> lättare rinner av då jorden jämnas <strong>till</strong> vid höstsådden (Sibbesen et al, 1993).<br />
Det är dock viktigast att förbättra <strong>mark</strong>ens infiltrationsförmåga så att ytavrinning<br />
överhuvudtaget inte uppkommer.<br />
Reducerad jordbearbetning Vid reducerad jordbearbetning görs bearbetningen<br />
med kultivator eller tallriksharv eller också bearbetas jorden över huvudtaget inte.<br />
Då ökar i allmänhet matjordens innehåll av organiskt material, vilket är positivt för<br />
aggregatstrukturen. Det finns dock utländska försök där reducerad jordbearbetning<br />
ifrågasatts som en åtgärd. Negativa följder som angetts är att mer fosfor kommer<br />
<strong>från</strong> växtrester på ytan, och att makroporflödet i <strong>mark</strong>en blir mer uttalat om <strong>mark</strong>en<br />
inte plöjs. På en jord i Ontario med stor fosforförlust via dräneringen (Gaynor &<br />
Findlay, 1995) var förlusten av löst fosfat drygt dubbelt så stor vid reducerad jordbearbetning<br />
jämfört med vid konventionell plöjning. Reducerad jordbearbetning är<br />
alltså en mycket komplex motåtgärd, och alltför många år utan ordentlig bearbetning<br />
kan vara omöjligt på vissa jordar. I vissa områden har ändå den metoden varit<br />
framgångsrik med goda skördar, mindre jordpackning och, förmodligen bättre<br />
infiltrationsförmåga.<br />
I långliggande försök i Sverige har man påvisat signifikant bättre aggregat-stabilitet<br />
för jord som direktsåtts jämfört med jord som plöjts. Samtidigt har totalfosfor-<br />
41
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
koncentration i det uppslammade vattnet också varit lägre (Etana, 2003). Vid helt<br />
plöjningsfri odling kan växtrester göra att upptorkningen på våren blir långsammare<br />
och vissa jordar kan på längre sikt få matjorden sammanpackad om den aldrig<br />
plöjs. Fosfor och kalk kan också stanna i ytskiktet och anrikningen i den allra ytligaste<br />
jorden skulle kunna medföra fosforrikare ytavrinning. I åttaåriga försök på<br />
mjälajord i Dalarna (Ulén & Kalisky, 2005a) har detta dock inte inneburit några<br />
problem.<br />
Bortledning av yt<strong>vatten</strong> Yt<strong>vatten</strong>brunnar sätter man ut för att undvika att vattnet<br />
bli stående i svackor på fältet. Genom att förhindra ansamling av yt<strong>vatten</strong> förhindras<br />
också att yterosionen blir så kraftig att det t. ex. uppstår rännilar. Traditionella<br />
yt<strong>vatten</strong>brunnar bör dock ses som en nödåtgärd och idealet bör istället vara att<br />
nederbördsvattnet kan infiltrera i jorden där det faller. Ett sätt att undvika negativa<br />
effekter av yt<strong>vatten</strong>brunnar är att flytta ner dem under <strong>mark</strong>en och förse dem med<br />
kalkfilter.<br />
Kalkåterfyllnad vid dränering Att valet av återfyllnadsmaterial vid dräneringen<br />
kan ha stor effekt är visat i Finland (Turtola & Paajanen, 1994). I ett kalkfilterdike<br />
blandar man uppgrävd dikesjord med kalk, innan man fyller igen diket. Inblandningen<br />
måste göras omsorgsfullt men täckdikningen görs i övrigt på normalt vis.<br />
Kalkbehandlingen gör att fyllnadsjorden blir mycket <strong>vatten</strong>genomsläpplig och<br />
yterosionen minskar (Lindström & Ulén, 2003). Åtgärden passar speciellt vid nedre<br />
kanten av sluttande lerjordar där man många gånger har stora fosforförluster. Fyllnadsjorden<br />
har högt pH-värde och fosforn har möjlighet att bindas. I ett svenskt<br />
försök var dock fosfathalten naturligt låg och effekten av fosfatbindningen kvantitativt<br />
liten (Lindström & Ulén, 2003). Om man planerar att dika i ett område med<br />
mycket fosforförluster bör man överväga att också kalka återfyllnadsjorden med<br />
osläckt kalk.<br />
Reglerad dränering Förutsättningen för reglerad dränering är att grund<strong>vatten</strong>ytan<br />
är naturligt hög, utloppet för dräneringen fungerar bra och att jorden har en <strong>till</strong>räckligt<br />
hög hydraulisk konduktivitet. Genom dämningsbrunnar på stamledningar kan<br />
grund<strong>vatten</strong>nivån ställas in efter behov. Man kan sänka nivån inför beredningen<br />
av såbädden, inför skörden och under perioder med hög nederbörd. Under övriga<br />
perioder kan man höja nivån i dämningsbrunnarna. Genom detta förlänger man<br />
vattnets uppehållstid i <strong>mark</strong>en och minskar utflödet. Åtgärden har prövats i södra<br />
Sverige varvid kväveförlusterna minskade. Fosforläckaget minskade också men<br />
var naturligt litet på dessa platser. Åtgärden bör därför testas i ett område med stora<br />
fosforläckage.<br />
Underhåll av backdiken Underhåll av backdiken är viktigt för att förhindra att<br />
<strong>vatten</strong> svämmar ut över fälten. Om en åkerareal får ta emot yt<strong>vatten</strong> <strong>från</strong> ett ovanförliggande<br />
fält bör man gräva avskärande diken.<br />
42
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Skyddszoner runt yt<strong>vatten</strong>brunnar, vallremsor i fältet Yt<strong>vatten</strong>brunnar anläggs<br />
för att leda bort yt<strong>vatten</strong>. De kan betraktas som punktkällor eftersom fosfortransporten<br />
koncentrats dit. Skyddszoner runt brunnar är därför en strategisk åtgärd och<br />
teoretiskt skulle detta kunna minska fosforförlusterna signifikant i vissa områden<br />
(Ulén, 2002b).<br />
Att begränsa sluttningslängden med hälften kan minska erosionen med 30-50 %<br />
(Ulén, 1997). Tvärgående <strong>vatten</strong>samlare med gräs kan vara ett sätt att i praktiken<br />
minska sluttningslängden i områden med uppenbar yterosion eftersom infiltrationen<br />
kan förbättras i vallremsan. Vändtegar har ofta packningsskador och man ser<br />
ofta isbrännor på dem. Att undanta vändtegarna <strong>från</strong> öppen odling och beså dem<br />
med gräs kan minska förlusterna <strong>från</strong> dessa och också förbättra arrondering.<br />
Skyddszoner Skyddszoner utgör ett komplement <strong>till</strong> de åtgärder man gör på fälten<br />
för att minska fosforläckaget. Man får för närvarande bidrag i södra och mellersta<br />
Sverige för att anlägga 6 m breda skyddszoner längs blå<strong>mark</strong>erade <strong>vatten</strong>drag på<br />
den topografiska kartan. Om, och i så fall hur pass effektivt, skyddszonen kan<br />
minska fosfortransporten <strong>till</strong> <strong>vatten</strong>draget varierar mycket <strong>från</strong> plats <strong>till</strong> plats och<br />
beror på de hydrologiska förhållandena och jordarnas egenskaper. Fältstudier av<br />
skyddszoner under naturliga nederbördsförhållanden är mycket få (Tabell 9). Ingen<br />
har relaterat resultaten <strong>till</strong> geohydrologiska förhållanden och hur mycket av fosfortransporten<br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong>draget som sker via yt<strong>vatten</strong>, via dränereringsrör respektive<br />
via grund-<strong>vatten</strong><strong>till</strong>försel på den aktuella platsen. De experimentella bevisen om<br />
fosforreduktion härstammar i stället <strong>från</strong> undersökningar av individuella funktioner<br />
hos skyddszoner. Man har bara visat att zonerna kan kvarhålla fosforn via yt<strong>vatten</strong><br />
vid fältkanten.<br />
Viktiga faktorer för att få en bra effekt av anlagda våt<strong>mark</strong>er som har föreslagits av bl a<br />
Puustinen et al. (2001):<br />
1. Lång uppehållstid<br />
2. Höga fosforkoncentrationer i inkommande vattnet<br />
3. Jämt flöde genom hela våt<strong>mark</strong>en, inga genvägar för vattnet (tät vegetation över<br />
hela dammen kan kanalisera)<br />
4. Zoner som <strong>till</strong>åter översvämning för att jämna ut högflödestoppar (t.ex. flacka stränder).<br />
5. Förbiflödeskanal vid extrema högflöden.<br />
6. Minimering av utgrävningsarbetet.<br />
7. Helst inte våt<strong>mark</strong>er på gamla jordbruks<strong>mark</strong>er. (Om våt<strong>mark</strong>en ändå placeras på<br />
åker ska matjorden tas bort).<br />
8. En varierad design där delar av våt<strong>mark</strong>en har öppet <strong>vatten</strong> och andra delar är<br />
grunda.<br />
9. Branta övergångar mellan grunda och djupa partier.<br />
10. Skötsel – gräva ut sedimentet ofta. Sedimentationsdammen kan annars snabbt förvandlas<br />
<strong>till</strong> en fosforkälla. Erfarenheter av hur sedimenten ska tas bort utan förluster i<br />
samband med grävningen saknas.<br />
Till detta ska <strong>till</strong>äggas att skyddszoner kan ha en mycket positiv effekt i och med<br />
att man stabiliserar dikeskanten när man inte plöjer nära <strong>vatten</strong>draget. Ett inte utrett<br />
43
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
problem är den utfrysning av fosfater som kan ske <strong>från</strong> växtmaterial (Uusi-Kämppä<br />
et al., 2001). När man utreder fara för detta bör man skilja på späd grönska efter en<br />
slåtter och det mera mogna, invintrade växtmaterialet hos vegetatation som förberett<br />
sig för vintern. Sådan vegetation omger normalt <strong>vatten</strong>dragen men efter sen<br />
skörd är vegetationen mer späd. Effekten av skördetidpunkten för utfrysning är<br />
okänd.<br />
Biologiskt aktiva våt<strong>mark</strong>er Våt<strong>mark</strong>er kan utgöras av naturliga <strong>vatten</strong>samlingar,<br />
"back-<strong>vatten</strong>" i <strong>vatten</strong>draget, naturliga våt<strong>mark</strong>er eller de kan utgöras av speciellt<br />
anlagda dammar. Olika <strong>vatten</strong>växter har i sina gröna delar ett ganska likartat fosforinnehåll,<br />
så det är främst genom att öka den sammanlagda biomassan som växtupptaget<br />
ökar. Retention av löst fosfor på årsbasis är dock liten (Uusi-Kämppä,<br />
et al., 2001). Fosfatfosforhalterna kan tvärtom ökat efter en damm eftersom fosforn<br />
periodevis kan frigöras <strong>från</strong> sedimenten.<br />
Sedimentationsdammar Våt<strong>mark</strong>er och dammar anläggs ibland för att man vill<br />
reducera mängden partikulär fosfor genom sedimentation. I norska dammar anlagda<br />
direkt i <strong>vatten</strong>draget (Braskerud, 2002) har man uppmätt större retentioner än<br />
den teoretiska beräknade <strong>från</strong> partikelstorlek och sedimentationshastigheter. Man<br />
har förklarat detta med partiklarna var budna <strong>till</strong> stora aggregerat när de eroderade<br />
<strong>från</strong> jorden. Detta har inte kunnat verifieras för svenska jordar där mycket av partiklarna<br />
kan komma via dräneringsrören.<br />
Tabell 9. Försök vid naturliga nederbördsförhållanden med 5-10 m breda skyddszoner vid fältkanten.<br />
Lutning av sluttningen, jordens textur, årlig avrinning (AVR) som medel under försöksperioden,<br />
andel partikelfosfor (PP) i förhållande <strong>till</strong> totalfosfor (%) i det <strong>till</strong>rinnande vattnet, reduktion<br />
av PP i kg/ha och av totalfosfor (TP) i procent beräknat på belastningen <strong>från</strong> den ovanför<br />
liggande fältet.<br />
Skyddszon Lutning Jordens textur AVR PP Red PP Red TP Land Ref.<br />
Funktion % ler % mjäla % mm/år % kg/ha %<br />
Avr. matj. 10 56 32 102 81 0,31 29 a Finland 5,6<br />
Ytavr. 12 19 64 34 89 0,23 88 Norge 3<br />
Ytavr. 10 44 48 41 b 58 0,06 a 0 c Sverige 4<br />
Rännil - sandig lerjord - - ~ 0,09 32 d Dan<strong>mark</strong> 1<br />
Rännil 14 e sandig lerjord - ~ 0,13 45 c Dan<strong>mark</strong> 1<br />
Totalt - ”mjälajord” 300 f - 42 g Vermont 2<br />
Avr. matj. - minskad transport vid fältkanten via avrinning i övre matjordsskiktet<br />
Ytavr. - minskad transport vid fältkanten via ytavrinning<br />
Rännil - minskad transport vid fältkanten via rännilar<br />
Totalt - effekten i <strong>vatten</strong>draget genom minskad transport via ytavrinning, mindre packning och<br />
destruktion av jorden genom djurtramp, ingen direkt gödsling via träck och urin och stabilisering<br />
av <strong>vatten</strong>dragskanter genom plantering<br />
a b c<br />
Samma flöden är beräknade med grästäcke som utan endast vinterhalvåret gräset skördades<br />
inte och lösta fosfathalten ökade liksom totalfosforhalten d beräknat på partikelbunden fosfor e<br />
lutning av själva skyddszonen var mycket liten<br />
f g<br />
avrinningen i <strong>vatten</strong>draget resultat <strong>från</strong> endast ett år<br />
44
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Det kan i praktiken vara svårt att hitta lämpliga platser och samtidigt få lång uppehållstid<br />
för vattnet i dammarna. Erosionskänsliga slänter kan också behövas stabilseras<br />
med kross efter grävningen (Ulén & Kalisky, 2005a).<br />
Tabell 10a. Åtgäder och mekanismer för att reducera förlusterna av löst P och partikulärt bunden<br />
fosfor (PartP) <strong>från</strong> dränerade lerjordar i Sverige med ett lerinnehåll av minst 15% och med mycket<br />
makroporflöden och dräneringsförluster av fosfor. Effekterna är vanligen uppskattningar och indikeras<br />
med 0, +, ++ or +++ så att fler + betyder bätter effekt.<br />
A = åtgårder med omedelbar effekt<br />
B = åtgärder som har effekt efter längre tid<br />
AB = åtgärder som har effekt både på kort och lång sikt<br />
P = åtgärder som har potential men där <strong>till</strong>räckliga forskningsresultat saknas<br />
Åtgärd Mekanism Effekt Tidsram Potential<br />
SRP Part<br />
P<br />
SRP PartP SR<br />
P<br />
Förändrad odling<br />
Ta hänsyn <strong>till</strong> jordens P-AL tal vid Ingen ökning av överskottet av ++ + AB AB P P<br />
gödsling med mineralP/stallgödsel fosfor i jorden<br />
Undvika applicering på våta jordar Mindre makroportransport av P +++ ++ A A 10:5<br />
Radmylla eller blanda in omdelbar Ökad kontakt mellan gödsel och +++ ++ A A P P 10:2<br />
omsorgsfullt och omedelbart jord vid <strong>till</strong>försel<br />
Vegetationstät <strong>mark</strong> under vintern: Skydd mot frigörning av partiklar 0 +++ 0 A P 10:4,5<br />
permanent gräs / vall / fånggröda o filtrering av frigjorda partiklar<br />
Plöja under tidig höst och under Mindre risk att förstöra jordag- + ++ AB AB P P<br />
torra förhållanden i jorden gregaten<br />
Minska packning av jorden Mindre kanalisering av flöden ++ +++ AB AB P P<br />
Öka mullhalten i jorden och plöja Förbättrad infiltrationen av vatt- ++ +++ AB AB P P<br />
under torra förhållanden i jorden<br />
Åtgärder med dräneringen<br />
net genom bättre <strong>mark</strong>struktur<br />
Leda bort yt<strong>vatten</strong> Undvika stående <strong>vatten</strong> + + A A P P 10:1<br />
Blanda kalk i återfyllnadsmateria- Förbättrad infiltrationen av <strong>vatten</strong> + ++ A A 10:3<br />
let över dräneringsledningarna och kemisk fällning av lost P<br />
Använda reglerad dränering<br />
Andra åtgärder på fältet<br />
Minskad mängd avrinnande<br />
<strong>vatten</strong><br />
+ + A A P P<br />
Underhålla backdiken Undvika extra <strong>vatten</strong> på fältet ++ +++ A A P P<br />
Skyddszoner med gräs eller kalk<br />
runt yt<strong>vatten</strong>brunnar<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + ++ A A P P 10:7<br />
Vallremsor i fältet<br />
Åtgärder i avrinnigsområdet<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + ++ A A P P<br />
Skyddszoner Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> - ++ - A P P<br />
Biologiskt aktiva våt<strong>mark</strong>er Biologiskt upptag av P + 0 A 0 P<br />
Sedimentationsdammar Sedimentation av Part P + 0 A 0 P<br />
45<br />
Part<br />
P<br />
Ref
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 10b. Åtgäder och mekanismer för att reducera förlusterna av löst P och partikulärt bunden<br />
fosfor (PartP) <strong>från</strong> mjälajordar i Sverige med ett mjälainnehåll av (beroende på inslaget av andra<br />
kornstorlekar) minst 40-40% och med mycket ytavrinning (kuperad terräng). Effekterna är vanligen<br />
uppskattningar och indikeras med 0, +, ++ or +++ så att fler + betyder batter effekt.<br />
A = åtgårder med omedelbar effekt<br />
B = åtgärder som har effekt efter längre tid<br />
AB = åtgärder som har effekt bade på kort och lång sikt<br />
P = åtgärder som har potential men där <strong>till</strong>räckliga forskningsresultat saknas<br />
Åtgärd Mekanism Effekt Tidsram Potential<br />
SRP Part<br />
P<br />
SRP PartP SR<br />
P<br />
Förändrad odling<br />
Ta hänsyn <strong>till</strong> jordens P-AL tal vid Ingen ökning av överskottet av ++ + AB AB P P<br />
gödsling med mineralP/stallgödsel fosfor i jorden<br />
Undvika applicering på våta jordar Mindre ytavrinning av P<br />
soil<br />
+++ ++ A A P P<br />
Radmylla eller blanda in omdelbar Ökad kontakt mellan gödsel och +++ ++ A A P P<br />
omsorgsfullt och omedelbart jord vid <strong>till</strong>försel<br />
Vegetationstät <strong>mark</strong> under vintern: Skydd mot frigörning av partiklar 0 +++ 0 A 10:6<br />
permanent gräs / vall / fånggröda o filtrering av frigjorda partiklar<br />
Vårplöjning Mindre frigörning av partiklar ++ +++ A A P 10:6<br />
Plöja under tidig höst och under Mindre risk att förstöra jordag- + ++ AB AB P P<br />
torra förhållanden i jorden gregaten<br />
Minska packningen av jorden Mindre kanalisering av flöden ++ +++ AB AB P P<br />
Öka mullhalten i jorden och plöja Förbättrad infiltrationen av vatt- ++ +++ AB AB P<br />
under torra förhållanden i jorden<br />
Åtgärder med dräneringen<br />
net genom bättre <strong>mark</strong>struktur<br />
Leda bort yt<strong>vatten</strong> Undvika stående <strong>vatten</strong> + + A A P P<br />
Blanda kalk i återfyllnadsmateria- Förbättrad infiltrationen av <strong>vatten</strong> ++ +++ A A P P<br />
let över dräneringsledningarna och kemisk fällning av lost P<br />
Använda reglerad dränering<br />
Andra åtgärder på fältet<br />
Minskad mängd avrinnande<br />
<strong>vatten</strong><br />
+ + A A P P<br />
Underhålla backdiken Undvika extra <strong>vatten</strong> på fältet ++ +++ A A P P<br />
Skyddszoner med gräs eller kalk<br />
runt yt<strong>vatten</strong>brunnar<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + ++ A A P P 10:7<br />
Vallremsoi fältet<br />
Åtgärder i avrinnigsområdet<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + ++ A A P P<br />
Skyddszoner Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> o<br />
filtrering/sedimentation av PartP<br />
- ++ - A P P<br />
Biologiskt aktiva våt<strong>mark</strong>er Biologiskt upptag av P + + A A P P<br />
Sedimentationsdammar Sedimentation av Part P + ++ A A P P<br />
46<br />
Part<br />
P<br />
Ref
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Tabell 10c. Åtgäder och mekanismer för att reducera förlusterna av löst P och partikulärt bunden<br />
fosfor (PartP) <strong>från</strong> sandiga-moiga jordar i Sverige med liten förmåga att sobera löst fosfor (låg halt av<br />
järn, aluminium och kalk i matjord och alv). Effekterna är vanligen uppskattningar och indikeras med<br />
0, +, ++ or +++ så att fler + betyder batter effect.<br />
A = åtgårder med omedelbar effekt<br />
B = åtgärder som har effekt efter längre tid<br />
AB = åtgärder som har effekt bade på kort och lång sikt<br />
P = åtgärder som har potential men där <strong>till</strong>räckliga forskningsresultat saknas<br />
Åtgärd Mekanism Effekt Tidsram Potential<br />
SRP Part<br />
P<br />
SRP PartP SR<br />
P<br />
Förändrad odling<br />
Ta hänsyn <strong>till</strong> jordens P-AL tal vid Ingen ökning av överskottet av ++ + AB AB P P 10:8<br />
gödsling med mineralP/stallgödsel fosfor i jorden<br />
Undvika applicering på våta jordar Mindre läckage ++ + A A P P<br />
Radmylla eller blanda in omdelbar Ökad kontakt mellan gödsel och +++ ++ A A P P 10:2<br />
omsorgsfullt och omedelbart jord vid <strong>till</strong>försel<br />
Vegetationstät <strong>mark</strong> under vintern: Skydd mot frigörning av partiklar 0 +++ A A P P<br />
permanent gräs / vall / fånggröda o filtrering av frigjorda partiklar<br />
Vårplöja Mindre frigörning av partiklar ++ +++ A A P<br />
Plöja under tidig höst och under Mindre risk att förstöra jordag- + ++ AB AB P P<br />
torra förhållanden i jorden gregaten<br />
Minska packningen av jorden<br />
Åtgärder med dräneringen<br />
Mindre kanalisering av flöden ++ ++ A A P P<br />
Leda bort yt<strong>vatten</strong> Undvika stående <strong>vatten</strong> + + A A P P 10:1<br />
Blanda kalk i återfyllnadsmateria- Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> ++ ++ A A P P<br />
let over dräneringsledningarna och kemisk fällning av löst P<br />
Använda reglerad dränering<br />
Andra åtgärder på fältet<br />
Minskad mängd avrinnande<br />
<strong>vatten</strong><br />
++ ++ A A P P 10:9<br />
Underhåll av backdiken Undvika extra <strong>vatten</strong> på fältet ++ +++ A A P P<br />
Skyddszoner med gräs eller kalk<br />
runt yt<strong>vatten</strong>brunnar<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + + A A P P 10:7<br />
Vallremsor i fältet<br />
Åtgärder i avrinningsområdet<br />
Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> + + A A P P<br />
Skyddszoner Förbättrad infiltration av <strong>vatten</strong> o -<br />
filtrering/sedimentation av PartP<br />
+ - A P P<br />
Biologiskt aktiva våt<strong>mark</strong>er Biologiskt upptag av P + + A A P P<br />
Sedimentationsdammar Sedimentation av Part P + ++ A A P P<br />
47<br />
Part<br />
P<br />
Ref
Bilaga 1<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Undersökningsmetoder och modellering<br />
I Sverige saknas bra data på <strong>mark</strong>fysik och <strong>mark</strong>kemi kombinerat med mätningar<br />
av fosforförluster. Sådana data kommer att behövas i framtida identifikation av<br />
problemområden och för modellberäkningar. För att resultat <strong>från</strong> åtgärdsförsök<br />
mot fosforförluster ska kunna användas inom rådgivning är det viktigt att man har<br />
statistisk upprepning i försöken. Studier av åtgärder mot fosforförluster kan göras<br />
i flera olika skalor.<br />
1 Sugceller<br />
Markvattnet kan mätas med sugceller. Med sugceller kan man möjligen få ett rimligt<br />
mått på koncentrationen löst fosfor men inte på den partikulära fosforn i <strong>mark</strong>vattnet<br />
(Sibbesen, 1996). Vattnet i cellerna är s<strong>till</strong>astående och isolerat, <strong>till</strong> skillnad<br />
<strong>från</strong> vattnet som perkolerar ner under rotzonen.<br />
2 Lysimeterar<br />
Gränsen mellan vad som kallas lysimetrar och försöksrutor är flytande. Med lysimetrar<br />
menas här försöksutrustning med jordkolonner som används för att studera<br />
läckaget genom <strong>mark</strong>profilen. Ett flertal typer av lysimetrar har använts för att<br />
jämföra effekten av olika odlingsåtgärder och lysimeterstudier är mycket användbara<br />
för att studera processer. Eftersom <strong>mark</strong>strukturen är så viktig bör den vara<br />
så ostörd som möjligt.<br />
Små ostörda lysimetrar utnyttjade av Magid et al. (1992) parallellt med sugceller<br />
och med <strong>till</strong>satts av färgämnen för att studera fosforns flödesvägarna. De<br />
fann att lysimetrarna kunde avspegla vattnet som rörde sig genom jorden, medan<br />
sugcellerna gav en bild av den stagnanta jordlösningen. Bergen Jensen (2000) utnyttjade<br />
större lysimetrar som karvades fram ur jorden. Vattenflödet genom lysimetrarna<br />
styrdes med en utrustning som gav konstant långsamt flöde mellan 1 och<br />
10 mm/h. Försöken visade att transport av löst P var snabbare vid låg jonstyrka i<br />
vattnet än vid hög därför att adsorptionen var mindre. Då jorden fått stallgödsel<br />
transporterades mycket stora mängder partikulär fosfor igenom lysimetrarna.<br />
Ulén et al. (1998), och Djodjic et al. (1999) utnyttjade lysimetrar som prov-<br />
togs så att jordens skiktning var ostörd. En icke-reaktiv substans (bromidjon) och<br />
radioaktivt märkt fosfor utnyttjades för att studera mönstret och hastigheten av<br />
transporten. Resultaten visade bl. a. att transporten var mycket flödesdominerad<br />
och att den mesta av transporten skedde med makroporflöde.<br />
3 Rutförsök<br />
Uppsamling av yt<strong>vatten</strong> Ren yt<strong>vatten</strong>transport är svår att mäta, eftersom <strong>vatten</strong>hinnan<br />
som transporterar partiklar och löst fosfor ofta är mycket tunn. Yterosionen<br />
varierar med sluttningsgrad och sluttningslängd. Om yterosionen är så kraftig att<br />
48
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
rännilar uppkommer blir transporten av fosfor än svårare att mäta. I USA kombineras<br />
ofta ytavrinningsförsök med regnsimuleringar. Regnintensiteten och varaktigheten<br />
varierar mycket i olika undersökningar som annars skulle kunna jämföras<br />
mera med varandra. Ur svensk synvinkel har de också begränsat värde, eftersom<br />
frysningstiningsförhållanden i <strong>mark</strong>en har så stor betydelse här.<br />
Metoder för att samla upp yt<strong>vatten</strong> Internationellt används ofta "USLE"-rutor enligt<br />
amerikansk modell som är 22 m långa ("USLE" = universal soil loss equation). Bredden<br />
är av mindre betydelse men bör <strong>till</strong>åta normala odlingsmetoder. Flyttbara uppsamlingskärl<br />
(Gerlach, 1967) har provats av Ulén (1997). I högerosiv mjälajord var uppsamlingskärlen<br />
alltför mobila och yt<strong>vatten</strong> samlas upp i gummiklädda rännor Ulén & Kalisky<br />
(2003). På lerjord fungerade kärlen något bättre, men variationen mellan parallella tråg<br />
var stor och många upprepningar är nödvändiga.<br />
Flödesproportionell provtagning <strong>från</strong> rutor och fält För att få ett säkert mått på<br />
transporten, bör <strong>vatten</strong>prover tas flödesproportionellt, speciellt om det förekommer<br />
mycket ytavrinning eller om jorden är mycket strukturerad. Manuell provtagning gjorde<br />
att den beräknade transporterade mängden totalfosfor bara var 62 % jämfört med transporten<br />
<strong>från</strong> flödesproportionell provtagning på en typisk svensk strukturerad lerjord<br />
under tre år (Ulén, 1995). För en mycket strukturerad lerjord med många makroporer<br />
gav på samma sätt den manuella provtagningen en transporterad totalfosfor som endast<br />
var 37 % jämfört med om flödesproportionell provtagning skett (Ulén & Persson,<br />
1999). Åtskilliga av de fosforförluster som har rapporterats <strong>från</strong> lerjordar är därför förmodligen<br />
för låga och får ses som minimisiffror<br />
En kraftigt simulerad regnintensitet, med t.ex. vad som mest faller under en tioårsperiod<br />
kan dock ge information om "i värsta fallförluster" vid nederbörd. Vid utvärderingen<br />
måste man komma ihåg att ett rutförsök endast representerar en begränsad<br />
yta. Den totala effekten i ett landskap kan vara annorlunda där man t.ex.<br />
kan ha svaga punkter med mycket yterosion och låglänta partier som är fosforrika.<br />
Uppsamling av dränerings<strong>vatten</strong> Rutor av varierande storlek används. Ett vanligt<br />
problem kan vara att avrinningen mellan <strong>till</strong> synes lika rutor varierar på grund av<br />
skillnader i grundvattnets tryck. Man har därmed inte full kontroll över hur vattnet<br />
flödar. Ibland används en kalibreringsperiod för att kontrollera variationen mellan<br />
rutorna, men variationen är förmodligen större vissa år och mindre andra år. Fleråriga<br />
försök med upprepningar är därför nödvändiga.<br />
4 Försöksfält<br />
Uppsamling av dränerings<strong>vatten</strong> En vanlig försöksdesign är att samla upp dräneringsvattnet<br />
i utloppet av ledningarna och mäta flödet med vippkärl eller flottörskrivare.<br />
Endast dränerade fält med en viss nivåskillnad i utloppet kan mätas på så<br />
vis. Yt<strong>vatten</strong> kan ibland infiltrera direkt i dräneringssystemen via yt<strong>vatten</strong>brunnar. I<br />
dräneringssystemet mäter man då förluster av fosfor både via ytavrinning och via<br />
transport genom <strong>mark</strong>en. Det är viktigt att också känna <strong>till</strong> grundvattnets rörelse<br />
eftersom transporten av fosfor är så beroende av mängden avrinnande <strong>vatten</strong> och<br />
denna i sin tur är så beroende av hur mycket grund<strong>vatten</strong> som <strong>till</strong>förs.<br />
49
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Ett annat uppsamlingssystem har använts av Puustinen (1994). I stället för att<br />
samla upp det rena ytvattnet eller dräneringsvattnet lät han vattnet <strong>från</strong> 0-10 cm<br />
djup och 10-30 cm djup passera ett lager singel och ett brett lager stålnät innan det<br />
nådde uppsamlaren. Detta bör rimligen ha en filtrerande effekt på vattnet som försvårar<br />
utvärderingen.<br />
Dräneringsvattnet är bara en del av det <strong>vatten</strong> som infiltrerar i <strong>mark</strong>en. Vattnet<br />
kan passera förbi mellan dräneringsledningarna ner under rotzonen och <strong>till</strong> grundvattnet.<br />
60 % av den svenska åkerarealen är ofullständigt dränerade och <strong>vatten</strong> kan<br />
antingen rinna av ytligt eller också dränera neråt i <strong>mark</strong>profilen. Uppmätta värden<br />
på fosforförluster <strong>från</strong> försöksfält kan inte överföras direkt <strong>till</strong> hela landskapet där<br />
fosfortransporten sker på ett annat och mer ”komplicerat” sätt. Vid en övergång<br />
mellan åker och <strong>vatten</strong>drag kan flera processer påverka den vidare transporten.<br />
5 Små avrinningsområden<br />
Mätningar i jordbruksbäckar I den Svenska miljöövervakningen studeras typområden<br />
som i genomsnitt är 10 km 2 stora och har en stor andel jordbruks<strong>mark</strong>.<br />
Även när det gäller avrinningsområden är det viktigt att känna <strong>till</strong> grundvattnets<br />
rörelser eftersom det inverkar på den uppmätta transportmängden. Hydrologisk<br />
studerar man vanligen bara en slutpunkt.<br />
Flödesproportionell provtagning i avrinningsområden Även på en storleksnivå<br />
som motsvarar ett avrinningsområde på flera km 2 bör man ta <strong>vatten</strong>prover flödesproportionellt<br />
för att transporten inte ska underskattas. Samtidigt bör man vara medveten<br />
om att en flödesproportionell provtagning innebär att man inte mäter de mest extrema<br />
koncentrationerna utan mer utjämnade halter.<br />
Vattnet kan dock flöda mycket oregelbundet i avrinningsområdet. En paradox är att<br />
man ofta konstaterar att det sker mycket snabba flöden med ’nytt <strong>vatten</strong>’ i <strong>vatten</strong>dragen<br />
(t.ex. genom att mäta bekämpningsmedel) men att man med konservativa<br />
spårämnen (t.ex. syreisotopen O-18) samtidigt konstaterar att <strong>vatten</strong>dragen också<br />
har en stor andel ’gammalt <strong>vatten</strong>’. Det senare kan betraktas som ett ytligt grund<strong>vatten</strong><br />
(’pre-event water’).<br />
Undersökningar i avrinningsområden är ofta en ”monitoring” dvs. en passiv registrering<br />
av fosfortransporten. Genom en registrering av odlingsåtgärderna på<br />
fältet kan man dra slutsatser om odlingens påverkan. Saknas data om vad som sker<br />
på <strong>mark</strong>en har programmet mycket begränsat värde. En noggrann klimatregistrering<br />
är också nödvändig. Monitorprogram har använts för att ta fram enkla empiriska<br />
samband där fosforbelastningen korrelerats med variabler som andel jordbruks<strong>mark</strong><br />
och djurtäthet.<br />
Åtgärdsområde med referensområde I Norge undersöktes fosfortransporten<br />
under 4 år och inom fyra regioner av olika karaktär. Inom vardera regionen gjordes<br />
undersökningar dels <strong>från</strong> ett åtgärdsområde och dels <strong>från</strong> ett referensområde (Rognerud<br />
et al., 1989). Under ett inledande år registrerades transporten passivt i båda<br />
typerna av område. Under de tre följande åren var det meningen att en rad åtgärder<br />
för att minska fosforförlusterna i åtgärdsområdena skulle genomföras. Detta tog<br />
50
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
emellertid längre tid än beräknat, bl. a. beroende på svårigheter att nå ut med information.<br />
Jämförelsen mellan områdena gav därför inte så stort utslag. Framför<br />
allt lyckades man inte med att få fram bra referensområden.<br />
6 Kombination av mätningar på olika nivåer<br />
Att göra studier samtidigt på olika nivåer har undantagslöst visat sig värdefullt för<br />
att öka förståelsen för olika processer. Det är också nödvändigt för att utveckla<br />
modeller.<br />
Laboratorieförsök – fältförsök Metoder att utnyttja resultat <strong>från</strong> jordprover och<br />
samband med fosforläckage är ett måste för generaliseringar i större skala, efter det<br />
att sambanden styrkts. Ett exempel är desorptionsstudier i samband med erosionsstudier<br />
som utnyttjades av Sharpley et al. (1981). De fann ett empiriskt samband<br />
mellan desorption av fosfor och en konstant för den aktuella jorden, förhållandet<br />
<strong>vatten</strong>/jord och den kemiskt bestämda omedelbart desorberbara fosformängden.<br />
Lysimeterförsök - fältförsök Ulén et al. (1998) jämförde transporten av partikulär<br />
fosfor dels genom lysimetrar som var 30-50 cm djupa och dels via dräneringsrör på<br />
1 meters djup i ett fält. Fältet är flackt, har bara en yt<strong>vatten</strong>brunn och yt<strong>vatten</strong>transporten<br />
bör inte spela så stor roll. Eftersom transporterna av partikulär P var ungefär<br />
lika stora, <strong>från</strong> lysimetrar och fält bör <strong>mark</strong>roporerna i fält ha varit kontinuerliga<br />
ända ned <strong>till</strong> dräneringsdjupet. Vad gäller den lösta fosforn var däremot olikheterna<br />
stora och andra, t ex kemiska processer kan ha spelat in.<br />
Hydrologiska modeller<br />
I en hydrologisk modell delas jorden upp i flera lager. Man skiljer också på olika hydrologiska<br />
<strong>till</strong>stånd t. ex. då <strong>mark</strong>en är mättad, då fältkapacitet råder (vattnet är <strong>till</strong>gängligt<br />
för växtrötterna) och då vattnet är o<strong>till</strong>gängligt för rötterna. En vanlig ansats är att använda<br />
Richards ekvation för omättade flöden då man utgår <strong>från</strong> grund<strong>vatten</strong>-flödet, den<br />
omättade hydrauliska kapaciteten och jordens <strong>vatten</strong>halt. Den hydrauliska kapaciteten<br />
är svår att mäta då den rumsliga variationen är mycket stor.<br />
Små avrinningsområden - större avrinningsområden Mycket få studier har<br />
gjorts där man jämfört transporten <strong>från</strong> områden med olika storlek. Ongley (1976)<br />
ansåg att närsaltstransporten i små avrinningsområden var ganska opåverkad av<br />
lagring och upptag men att en upplagring skedde i större områden. En liknande<br />
slutsats drog Praire & Kalff (1986). De avsatte fosforexporten mot storleken på<br />
(jordbruksdominerade) avrinningsområden (50-5730 ha) och fann minskade transport<br />
ju större området var.<br />
Sammanfattningsvis bör fler studier göras då man samtidigt arbetar i olika skalor,<br />
så att man får större kunskap om retention och omlagring av fosfor på olika<br />
storleksnivåer.<br />
51
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Modellberäkningar<br />
En transportmodell bygger alltid på en hydrologisk modell. För fosforberäkningar<br />
har vanligen modeller för ren yterosion av fosforn utnyttjats. De bygger på någon<br />
form av erosionsmodell. Man brottas med stora svårigheter eftersom någon bra<br />
erosionsmodell ännu inte är framtagen. En helt utvecklad modell kommer att kräva<br />
detta <strong>till</strong>sammans med mer fysikaliska och kemiska kunskaper om de inblandade<br />
processerna. Ytvattnet betraktas vanligen som en film som rör sig ovanpå jorden<br />
men även andra fysikalisk/kemiska processer än desorptionen är verksamma. Man<br />
behöver bygga in faktorer som tar hänsyn <strong>till</strong> förhållandena med tjäle i <strong>mark</strong>ytan<br />
som kan ha stor betydelse för fosforförlusterna (Ulén, 1997). Sharpley et al. (1994)<br />
ansåg också att man bör förutse fosforförlusten <strong>från</strong> olika episoder och inte generalisera<br />
under långa tidsförlopp.<br />
De flesta erosionsmodeller är dock kontinuerliga utan att baseras på enstaka<br />
händelser. De bygger vanligen på samband <strong>från</strong> ”universal soil loss equation”<br />
(USLE) baserade på ett stort antal empiriska resultat <strong>från</strong> rutförsök i USA.<br />
Med hjälp av GLEAMS-modellen beräknade Shirmohammadi et al. (1998)<br />
årsförluster av löst fosfor via dräneringen. Modellen bygger inte på makroporflöde<br />
utan anpassades <strong>till</strong> den. Beräkningen gjordes med hjälp av kvoten mellan den<br />
hydrauliska konduktiviteten i makroporer och matrix och kvoten avrinning/nederbörd.<br />
Till modellen adderades en erosionsdel med partikulärt fosfor, varvid partikulärt<br />
P antogs vara bunden <strong>till</strong> suspenderade partiklar som transporteras hela vägen<br />
<strong>från</strong> <strong>mark</strong>ytan <strong>till</strong> dräneringen. Modellen klarade inte att förutspå enstaka händelser<br />
men beskrev långa tidsförlopp någorlunda bra.<br />
I Finland har man lagt <strong>till</strong> en funktion <strong>till</strong> den <strong>från</strong> USLE vidareutvecklad modell<br />
(CREAMS) så att den anpassas <strong>till</strong> snöackummulationen och snösmältningen<br />
(ICECREAM). Denna håller på att utvecklas så att den ska kunna beskriva makroporflöde<br />
av löst och partikulärt fosfor genom <strong>mark</strong>en (Larsson et al., in prep.).<br />
I Norge använder man en empirisk erosionsmodell som underlag för att ge<br />
differentierade miljöbidrag beroende på <strong>mark</strong>ens risk för yterosion (Lundekvam,<br />
2003).<br />
Det finns i huvudsak tre källor <strong>till</strong> osäkerhet vid modellberäkningar:<br />
1) Mätosäkerheten för indata där man måste beakta provtagningsstrategier<br />
2) Processosäkerheten då processerna är ofullständigt kända<br />
3) Modellosäkerheten som visar hur felaktigheter i indata fortplantar sig <strong>till</strong><br />
utdata i modellen.<br />
Ett annat problem är att flera kombinationer med parametrar kan ge samma resultat.<br />
För existerande fosformodeller gäller ofta att osäkerhet 2 är större än osäkerhet<br />
3, men oftast redovisas bara 3. Om man skalar upp <strong>till</strong> t. ex. avrinningsområden<br />
innebär detta oundvikligen en ökad osäkerhet som beror på oförmågan att ta prov<br />
heterogent och att förstå hur processerna påverkar varandra.<br />
52
Referenser<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
(Referenser i tabell 9 och 10 har numrerats 9:1-9:6 resp. 10:1-10:9)<br />
Andersson, A., Eriksson, J. & Mattsson, M. 2000. Phosphorus accumulation in<br />
Swedish agricultural soils. Swedish Environmental Protection Agency, Report no<br />
5110.<br />
Bache, B.W. & Williams, E.G. 1970. A phosphate sorption index for soils. J. Soil<br />
Sci. 22: 289-301.<br />
Bergen Jensen, M. 2000. Subsurface transport of phosphorus in relation to its mobilization<br />
and immobilization in structured soil. Doctoral Thesis. Dep. of Agricultural<br />
Sciences, The Royal Veterinary and Agricultural University, Copenhagen,<br />
Den<strong>mark</strong>.<br />
Beuchemin, S. & Simard, R.R. 1999. Soil phosphorus saturation degree: Review of<br />
some indices and their suitability for P management in Québec, Canada. Canadian<br />
J. Soil Sci. 79: 615-624.<br />
Bloom P.R. 1981. Phosphorus adsorption by an aluminium-peat complex. Soil Sci.<br />
Soc. Am. J. 45: 267-272.<br />
Borggaard, O.K., Jörgensen, S.S., Möverg, J.P. & Raben-Lange, B. 1990. Influence<br />
of organic matter on phosphate adsorption by aluminium and iron oxides in sandy<br />
soils. J. Soil Sci. 41: 443-449.<br />
Bradshaw, E. & Anderson, J. 2001. Validation of a diatom-phosphorus calibration<br />
set for Sweden. Freshwater Biology 46: 1035-1048.<br />
Brady, N.C. 1984. The nature and properties of soils. McMillan Publisher Company<br />
New York. 9th ed. Chapter 10.<br />
Brandt, M. & Ejhed, H. 2003. TRK Transport-Retention-Källfördelning - Belastning<br />
på havet. Naturvårdsverket Rapport nr. 5247.<br />
Braskerud, B. 2001. Sedimentation in small constructed wetlands – retention of<br />
particles, phosphorus and nitrogen from arable watersheds. Dr. Scient. Dissertation<br />
2001:10. Norges Lanbrukshöjskole, Ås, Norge.<br />
Brookes, P.C. Powlson, D.S. & Jenskinson, D.S. 1984. Phosphorus in the soil microbial<br />
biomass. Soil Biology and Biochemistry 16, 169-175.<br />
Börling, K., Otabbong, E. & Barberis, E. 2001. Phosphorus sorption in relation to<br />
soil properties in some cultivated Swedish soils. Nutr. Cycl. Agroecosys. 59: 39-46.<br />
Coale, F. 2000. The Maryland phosphorus site index, technical users guide. Information<br />
from Maryland Cooperative Extention; University of Maryland, College<br />
park, USA.<br />
53
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Culley, J.L.B., Bolton, E.F. & Bernyk, V. 1983. Suspended solids and phosphorus<br />
loading from a clay soil. I Plot studies. J. Environ. Qual. 12: 493-498.<br />
10:1 Djodjic, F., Bergström, L., Ulén, B. & Shirmohammadi, A. 1999. Mode of<br />
transport of surface applied<br />
P-33 through a clay and sandy soil. J. Environ. Qual. 28: 1272-1282.<br />
Djodjic, F., Bergström, L., Ulén, B. 2002. Phosphorus losses from a structured clay<br />
soil in relation to <strong>till</strong>age practices. Soil Use Manage. 18: 79-83.<br />
Djodjic, F., Montas, H., Shirmohammadi, A., Bergström, L. & Ulén, B. 2002. A<br />
decision support system for phosphorus management at a watershed scale. J. Environ.<br />
Qual. 31: 937-945.<br />
Djodjic, F., 2003. Phosphorus losses from arable fields in Sweden. Effect of fieldspecific<br />
factors and long-term trends. Submitted to Environmental Monitoring and<br />
Assessment.<br />
Djodjic, F. & Börling, K. 2004. Phosphorus leaching in relation to soil type and<br />
soil phosphorus content. J. Environ. Qual. 678-684.<br />
Dock Gustavsson A.M. & Sundell B.1983. Produktionsekonomiska analyser av<br />
gödslingsförsök. Rapport nr 213, Institutionen för ekonomi och statistik, Sveriges<br />
lantbruksuniversitet, ISSN 0347-982X, ISBN 91.576.1461-X<br />
Eghball, B., Binford, G.D. & Battenspergel, D.D. 1996. Phosphorus movement and<br />
adsorption in a soil receiving long-term manure fertilizer application. J. Environ.<br />
Qual. 25: 1339-1343.<br />
Egnér, H., Riehm, H. & Domingo, W.R. 1960. Untersuchungen über die chemische<br />
Bodenanalyse als Grundlage für die Beurteiling des Nährstoffzustandes der Böden.<br />
II Chemische Extrationsmethoden zur Phosphor och Kaliumbestimmung. Kungl.<br />
Lantbrukshögsk. Ann. 26: 199-215.<br />
Eriksson, J. & Andersson, A. 1997. Current status of Swedish arable soils. Swedish<br />
Environmental Protection Agency. Report 4778.<br />
Eriksson, J., Andersson, A. & Andersson, R. 1999. Texture of the agricultural topsoils<br />
in Sweden. Swedish Environmental Protection Agency. Report 4995.<br />
Ekholm, P. 1998. Algal-available phosphorus orginating from agriculture and municipalities.<br />
Monographs of the Boreal Environment Research No 11. Finish Institute<br />
of Environment, Helsinki.<br />
Etana, A. 2003. Studies of aggregate stability and phosphorus losses in long-term<br />
experiments with different <strong>till</strong>ing systems. Department of Soil Physics, Institute of<br />
Soil Science. SLU, Manuscript.<br />
Fox, T.R., Comerford, N.B. & McFee, W.W. 1990. Low-molecular-weight organic<br />
acids in selected forest soils of south-eastern USA. Soil Sci. Am. J. 54: 1139-1144.<br />
54
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Fredriksson, F. 1994. Närsaltsreduktion i infiltrationsanläggningar för avlopps<strong>vatten</strong><br />
<strong>från</strong> enskilda fastigheter. Seminarier och examensarbeten, Avdelningen för<br />
Vattenvårdslära, SLU, nr. 22<br />
Gaynor, J.D. & Findlay, W.T. 1995. Soil and phosphorus loss from conservation<br />
and conventional <strong>till</strong>age in corn production. J. Environ. Qual. 24: 734-741.<br />
Gerlach, T. 1967. Hillslope throughs for measuring sediment movement. Rev.<br />
Geomorph. Dyn. 4: 173.<br />
Goldberg, S. & Sposito, G. 1985. On the mechanism of specific phosphate adsorption<br />
by hydroxylated mineral surfaces - a review. Commun. Soil Sci. Plant. Anal.<br />
16: 801-821.<br />
Hellström, D., Johnsson, L. & Sjöström, M. 2003. Bra små avlopp – utvärdering av<br />
15 enskilda avlopps-anläggningar, Stockholm Vatten AB, Rapport.<br />
Hieljtes, A.H.M. & Lijklema, L. 1980. Fractionation of inorganic phosphates in<br />
calcerous sediments. J. Environ. Qual. 9: 405-407.<br />
Hoffman, H. & Hege, U. 1985. Gülle ein wertvolle wirtschaftsdunger. Auswetungs-<br />
und Informations-dients für Ernährung Landwirtschaft und Forsten 149 AID,<br />
Bonn: 1-28.<br />
Ivarsson, K. 1989. Large amounts of soil phosphorus – difficult for the plants to<br />
utilize. Swedish University of Agricultural Sciences. ISBN 91-576-3759-8.<br />
Johansson, H. & Persson, G. 2001. Svenska sjöar med höga fosforhalter – 790<br />
naturligt eutrofa eller eutrofierade sjöar. Institutionen för miljöanalys, SLU, rapport<br />
2001:8.<br />
Joner, E.J. & Jakobsen, I. 1994. Contribution by two arbuscular mycorrhizal fungi<br />
to P uptake by cucumber (Cucumis sativus) from 32P-labelled organic matter during<br />
mineralization in soil. Plant and Soil 163: 203-209.<br />
Knulst, J. 2001. Fosfor i nederbörd. Institutet för Vatten- och Luftvårdsforskning,<br />
rapport B 1442, IVL, Box 21060, Stockholm.<br />
Kronvang, B., Laubel, A. & Grant, R. 1997. Suspended sediment and particulate<br />
phosphorus transport and delivery pathways in an arable catchment, Gaelbeack<br />
stream, Den<strong>mark</strong>. Hydrol. Proc. 11: 627-642.<br />
9:1 Kronvang, B., Laubel., A.R., Larsen; S.E. and Iversen, H.L. 2000. Soil erosion<br />
and sediment delivery through buffer zones in Danish slope units. Proc. from “The<br />
role of erosion and sediment transport in nutrient and contaminant transfer” Waterloo,<br />
Canada, July 2000.<br />
Källqvist, D. & Berge, T. 1990. Biotilgjengelighet av fosfor i jordbruksavrenning,<br />
sammenlikhet med andra forurensningskilder. Slutrapport NIVA, 130 sidor.<br />
55
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Larsen, S.E., Kronvang, B., Windolf, J. & Svendsen. L.M. 1999. Trends in diffuse<br />
nutrient concentrations and loadings in Den<strong>mark</strong>: statistical trend analysis of<br />
stream monitoring data. Wat. Sci. Tech., 39: 197-205.<br />
Larsson, M., Jarvis, N., Persson, K. 2003. Simulation of macropore transport of<br />
phosphorus through a clay soil in Sweden. Div. of Water Quality Management,<br />
SLU. Manuscript.<br />
Leinweber, P., Turner, B.L. & Meissner, R. 2002. Potential source of water pollution:<br />
phosphorus. Chapter 2 in Haygarth, P.M. & Jarvis, S.C. (eds.) Agriculture,<br />
Hydrology and Water Quality. CABI International, Oxon, UK and New York,<br />
USA, pp 29-55.<br />
10:3 Lindström, J. & Ulén, B. 2003. Effekt av kalk i täckdikesåterfyllningen på<br />
fosforförluster <strong>från</strong> jordbruks<strong>mark</strong>. Avdelningen för Hydroteknik, SLU. Slutrapport<br />
<strong>till</strong> Jordbruksverket.<br />
Lundekvam, H. 1990. Åpen åker og erosionsproblem. Foredrag ved konferensen<br />
om landbrukspolitikk og miljoforvaltning, Drammen 30-31 jan. 1990. Inst. for<br />
jordfag, NHL, Boks 32 1432, Ås, Norge.<br />
Lundekvam, H. 1993. Avrenning, erosjon og stofftab ved ulike dyrkningssystem og<br />
jordarter i Akershus/Östfold. Norsk Landbruksforskning Suppl. 16: 124-141.<br />
Lundekvam, H. 1995. Rapport fra avrenningsfelta ved Institutt for jord- og vassfag<br />
for 1993 og 1994. Rapport Institutt for jord- og vannfag NLH, ISSN 0805-7214.<br />
Lundekvam, H., Romstad, E. & Øygarden, L. 2003. Agricultural policies in Norway<br />
and effects on soil erosion. Environ. Sci. Policy 6, 57-67.<br />
Magid, J., Christensen, N. & Nielsen, H. 1992. Measuring phosphorus fluxes<br />
through the root zone of the layered sandy soil, comparison between lysimeter and<br />
suction cell solution. J. Soil Sci. 43: 739-747.<br />
Malgeryd, J. & Torstensson, G. 2003. Kvävehushållning och miljöpåverkan vid<br />
olika strategier för skötsel av gröngödslingsvallar. Konferensrapporten <strong>från</strong> Ekologiskt<br />
lanbruk, Vägar, Val, Visioner, Ultuna 18-19 november, CUL, Ultuna, sid 214.<br />
Mc Cutcheon, S.C., Martin, J.L. & Barnwell, J.O. 1992. Water Quality From<br />
Maidment, D.R. (ed.) Handbook of Hydrology. McGraww Hill, Inc. NY.<br />
9:2 Meals, D.W. 2001. Water quality response to riparian restoration in an agricultural<br />
watershed in Vermont, USA. Wat. Sci. Tech. 43: 175-182.<br />
Mengel, K. & Kirkby, E.A. 1987. Principles of plant nutrition, Wurlaufen, Bern,<br />
pp 420-421.<br />
Nash, D.D & Halliwell, D.J. 2000. Tracing phosphorus transfere from grazing land<br />
to water. Water Res. 34: 1975-1985.<br />
56
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Naturvårdsverket 1995. Vad innehåller avlopp <strong>från</strong> hushållen? Naturvårdsverket,<br />
SNV rapport 4425.<br />
Niskanen, R. 1990a. Sorption capacity of phosphate in mineral soils. I Estimation<br />
of sorption capacity by means of sorption isotherms. J. Agric. Sci. Finland 62: 1-8.<br />
Niskanen, R. 1990b. Sorption capacity of phosphate in mineral soils. II Dependence<br />
of sorption capacity on soil properties. J. Agric. Sci. Finland 62: 9-16.<br />
Ocampo, J.A. & Hayman, D.S. 1980. Effects of pesticides on mycorrhiza in fieldgrown<br />
barley, maize and potatoes. Trans. British Mycol. Soc. 74: 413-416.<br />
Olsen, S.R. & Sommers, I.E. 1982. Phosphorus. From: Page, A.I. (ed.). Methods of<br />
soil analysis. Part 2 second ed. Agronomy 9: 403-429.<br />
Ongley, E.D. 1976. Sediment yields and nutrient loadings from Canadian watersheds<br />
tributary to Lake Erie: an overview. J. Fish. Res. Board Can 33: 471-484.<br />
Pagel, H. Schneider, E., Benkenstein, H. & Kruger, W. 1985. Einfluss langjährig<br />
differenziertes Düngung auf Kapazitäts-, Quantitäts-, und Intensitätswerte des<br />
Phosphats im Krumen- und Unterboden des Statischen Nährstoffmangelversuches<br />
Thyrow. Arch. Acker- Pflanzen Bodenk. 29: 277-283.<br />
Persson, G. & Broberg, O. 1985. Nutrient concentrations in the acidified Lake<br />
Gårdsjön: The role of transport and retention of phosphorus and nitrogen and DOC<br />
in watershed and lake. Ecol. Bull. 37: 158-175.<br />
Persson, G. & Olsson, H. 1992. Eutrofiering i svenska sjöar och <strong>vatten</strong>drag: <strong>till</strong>stånd,<br />
utveckling och verkan. Naturvårdsverket, rapport nr. 4147.<br />
Persson, J., Ottabong, E., Olsson, M., Johansson, M-B. & Lundin, L. 1994. Markens<br />
bördighet: vad är bördighet och hur påverkas den? Naturvårdsverket, rapport<br />
4337.<br />
Pierzynski, G.M., Sims J.T. & Vance, G.F. 1997. Soils and environmental quality,<br />
Second Edition. CRC Press LLC. USA.<br />
Prairie, Y.T. & Kalff, J. 1986. Effect of catchment size on phosphorus export. Water<br />
Resources Bull. 22: 465-470.<br />
Puustinen, M. 1994. Effect of soil <strong>till</strong>age on erosion and nutrient transport in<br />
plough layer runoff. Publ. Water and Environm. Inst. Res. 17: 71-89 Helsinki,<br />
Finland.<br />
Puustinen, M. 2001. Measurement of the runoff water from arable land. Final report<br />
to the EU/Life project Life97ENV/FIN 335, Finish Environmental Institute,<br />
Helsinki.<br />
Rognerud, B., Aspmo, R., Berger, M.S., Johnsen, F.H., Roseth, R. & Oygarden, L.<br />
1989. Handlingsplan mot landbruksforurensninger. Rapport nr 1. Information-<br />
57
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
skampanjer Utprovning av tiltak mot arealavrenning, hovedrapport GEFO, Ås<br />
1989.<br />
Ron Vaz, M.D., Edwards, A.C., Shand, C.A. & Cresser, M.S. 1993. Phosphorus<br />
fractions in soil solution, influence of soil acidity and fertiliser additions. Plant and<br />
Soil 148: 175-183.<br />
Rydin, E. 1999. Mobile phosphorus in lake sediments, sludge and soil: A catchment<br />
perspective. Acta Universitatis Uppsaliensis, ISBN 91-554-4389-3 /<br />
9155443893<br />
Sharpley, A.N., Menzel, R.G., Smith, S.J., Rhoades, E.D. & Olness, A.E. 1981.<br />
The sorption of soluble phosphorus by soil material during transport in runoff from<br />
cropped and grassed watersheds. J. Environ. Qual. 10: 211-215.<br />
Sharpley, A.N., Chapra, S.C., Wedepohl, R., Sims, J.T., Daniel, T.C. & Reddy,<br />
K.R. 1994. Managing agricultural phosphorus for prediction of surface water: Issues<br />
and options. J. Environ. Qual. 23: 437-451.<br />
Sharpley, A.N. & Rekolainen, S. 1996. Phosphorus in agriculture and its environmental<br />
implications. From Tunney H., Carton, O.T., Brookes, P.C. & Johnson,<br />
A.E. (eds.). Phosphorus loss from soil to water CABI International Oxon, UK and<br />
NY, USA, pp. 1-54.<br />
Shirmohammadi, A., Ulén, B., Bergstöm, L.F., & Knisel, W.G. 1998. Simulation<br />
of nitrogen and phosphorus leaching in a structured soil using GLEAMS and a new<br />
submodel, "PARTLE". Trans. ASEAE 41: 353-360<br />
Sibbesen, E., Hansen, A.C., Nielsen, D.J. & Heidman, T. 1993. Effect of soil <strong>till</strong>age<br />
on surface runoff, soil erosion and loss of phosphorus - plot studies. From NJF<br />
seminar 288. Soil <strong>till</strong>age and the environment Jokionen, Finland 8-10 June, 1993.<br />
Sibbesen, E. 1996. Utsläpp <strong>från</strong> olika källor. Tab af fosfor fra landbrugsjord - en<br />
dansk synvinkel. K. Skogs- o Lantbr. Akad. Tidskrift 135: 61-74.<br />
Sjöberg, J. 2003. Manuscript. Dep. of Ecology and Crop Production Sciences, SLU<br />
(in prep.)<br />
Skaggs, R.W., Brevé, M.A. & Gilliam, J.W. 1994. Hydrologic and water quality<br />
impacts of agricultural drainage. Critical Rev. Environ. Sci. and Technol. 24: 11-<br />
32.<br />
Sonzogni, W.C., Chapra, S.C., Armstrong, D.E. & Logan, T.J. 1982. Bioavailability<br />
of phosphorus inputs to lakes. J. Environ. Qual. 11: 555-563.<br />
Statistiska centralbyrån, 2002. Handelsgödsel, stallgödsel och kalk i jordbruket.<br />
Sveriges officiella statistik.<br />
Steineck, S., Gustafson, A., Richert Stintzing, A., Salomon, E., Myrbeck, Å., Albihn,<br />
A. & Sundberg, A. 2000. Växtnäring i kretslopp. Sveriges lantbruksuniversitet,<br />
Uppsala. ISSN 1402-7445. ISBN 91-576-6000-X.<br />
58
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Stevensson, F.J. 1981. Humus chemistry. Genesis, composition, reactions. John<br />
Wiley and sons, New York, NY. 443 pp.<br />
Stuanes, A.O. & Nilsson, P. 1985. Fosforreduktion. I: Avlopps<strong>vatten</strong>infiltration.<br />
Förutsättningar, funktion, miljökonsekvenser. En nordisk samrapport. SNV och<br />
Nordiska ministerrådet, sid. 33-54.<br />
Stinner, B.R., Crossby, D.A., Odum, jr. E.P. & Todd, R.L. 1984. Nutrient budgets<br />
and internal cycling of N, P, K, Ca and Mg in conventional <strong>till</strong>age, no-<strong>till</strong>age and<br />
old-field ecosystems on the Georgia piedmont. Ecology 65: 354-369.<br />
9:3 Syversen, N. 2000. Effect of a cold-climate buffer zone on minimising diffuse<br />
pollution from agriculture. Proc. from “Diffuse non-point pollution and water management”.<br />
Milwaukee. June 10-15, 2001.<br />
Turtola, E. & Jaakola, A. 1995. Loss of phosphorus by surface runoff and leaching<br />
from a heavy clay soil under barley in Finland. Acta Agric. Scand. Sect. B, Soil and<br />
Plant 45: 159-165.<br />
9:4 Ulén, B. 1988. Fosforerosion vid vallodling och skyddszon med gräs. Ekohydrologi<br />
26: 23-28, Avdelningen för Vattenvårdslära, SLU.<br />
Ulén, B. 1995. Episodic precipitation and discharge events and their influence on<br />
losses of phosphorus and nitrogen from tile drained arable fields. Swedish J. Agric.<br />
Res. 25: 25-31.<br />
10:4 Ulén, B. 1997. Nutrient losses by surface runoff from wintergreen and<br />
spring-ploughed soil in the south of Sweden. Soil & Tillage Res. 44: 165-177.<br />
Ulén, B., Shirmohammadi, A. & Bergström, L.F. 1998. Phosphorus transport<br />
through a clay soil. J. Sci. and Health, A33: 67-82.<br />
Ulén, B. & Snäll, S. 1999. Biogeochemistry and weathering in a forest catchment<br />
and an arable field in central Sweden. Acta Agric. Scand. B: Soil and Plant 48:<br />
201-211.<br />
Ulén, B. 1999. Leaching and balances of phosphorus and other nutrients in lysimeters<br />
after application of organic manures or fertilizers. Soil Use Manage. 15: 1-7.<br />
Ulén, B. & Persson, K. 1999. Field-scale phosphorus losses from a drained clay<br />
soil in Sweden. Hydrol. Proc. 13: 2801-2812.<br />
Ulén, B. Johansson, G. & Kyllmar, K. 2001. Model prediction and a long-term<br />
trend of phosphorus transport from arable land in Sweden. Agric. Water Manage.<br />
4: 197-210.<br />
Ulén, B. 2002a. Växtnäringsläckage vid höst- och vårspridning av fast stallgödsel<br />
på mellansvensk lerjord. Slutrapport <strong>till</strong> Jordbruksverket.<br />
59
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Ulén, B. 2002b. Experimentella fältstudier av närsaltsreduktion i buffertzoner och<br />
effekten för fosforhalten i Vemmenhögsån av strategiskt placerade gräszoner. Teknisk<br />
rapport nr. 67. Avdelningen för <strong>vatten</strong>vårdslära, SLU.<br />
Ulén, B. 2003a. Concentrations and transport of different forms of phosphorus<br />
during snowmelt runoff from an illite clay soil. Hydrol. Proc.17: 747-758.<br />
Ulén, B. 2003b. Bakgrundsbelastning av fosforförluster <strong>från</strong> åker<strong>mark</strong> <strong>till</strong> <strong>vatten</strong>.<br />
Stencil, avd. Vattenvårdslära, SLU.<br />
Ulén, B. & Mattsson, L. 2003. Losses of different form of phosphorus and of nitrate<br />
from a clay soil under grass and cereal production. Nutrient Cycling Agroecosys.<br />
65: 129-140.<br />
Ulén, B.2004a. Size and settling velocities of phosphoruscontaining particles in<br />
water from agricultural drains. Water, Air & Soil Poll. 157: 331-343.<br />
Ulén, B., Carlsson, C. & Lidberg, B., 2004b. Recent trends and patterns of diffuse<br />
nutrient concentrations in small agricultural streams in Sweden. Environ. Monitor.<br />
Assess. 98: 307-322..<br />
Ulén B 2005. A simplified risk assessment for losses of dissolved reactive phosphorus<br />
through drainage pipes from agriculture soils. Submitted to Acta Agriculturae<br />
Scandinavica.<br />
Ulén B. & Kalisky, T. 2005a Water erosion and phosphorus problems in an agricultural<br />
catchment – Need for natural reasearch for implementation of the EU Water<br />
Framework Directive. Environmental Science and Policy 8 (in press).<br />
Ulén B & Kalisky 2005b Water erosion and phosphorus problems in an agricultural<br />
catchment – Lesson from implementation of the EU Water Framework Directive.<br />
Environmental Science and Policy (in press)<br />
Uusi-Kämppä, J. and Kilpinen, M. 2000. Souojakaistst ravinnekuormituksen vähentäjänä.<br />
Maatalouden tutkimuskeskuksen julkaisuja, 3116 Jokionen, Finland.<br />
Uusi-Kämppä, J. 2001. Phosphorus purification in riparian zones. Proc. from ”Efficiency<br />
of particulate processes in riparian buffer zones, their design and planning<br />
in agricultural watersheds.” Kushiro Tourism and International Relative Centre,<br />
Kushiro city, Japan, 5-9 November, 2001.<br />
Uusitalo, R. & Tyhkanen, H.-R. 2000. Phosphorus saturation of Finnish soils:<br />
evaluating an easy oxalate extraction method. Agric. Food Sci. Finnland 9: 61-70.<br />
Werner, W., Fritsh, F. & Sherer, H.W. 1988. Einfluss langjähriger Gülledüngugn<br />
auf der Nährstoff-haushalt des Bodens 2. Mitteilung: Bindung der Bodenphosphate.<br />
Zeitschr. Planz. Boden. 151: 61-68.<br />
Wesström, I. 2002. Controlled drainage, the effect on subsurface runoff and nitrogen<br />
flows. Acta Universitatis Suecia, Agraria 350.<br />
60
NATURVÅRDSVERKET<br />
Rapport <strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong> <strong>mark</strong><br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Wiklander, L. & Lotse, E. 1966. Mineralogical and physico-chemical studies on<br />
clay fractions of Sweden cultivated soils. Lantbrukshögskolans annaler 32: 439-<br />
475.<br />
Whithead, D.C. 2000. Nutrient elements in grassland: Soil-plant-animal relationships.<br />
CABI Publishing, Wallingford, Oxon.<br />
Withers, P.J.A., Ulén, B., Stamm, C. & Bechmann, M. 2003. Incidental phopshorus<br />
losses – are they significant and can they be predicted? J. Soil Sci. Plant Nutr.166:<br />
459-468.<br />
Wörman, A., Ulén, B. & Johansson, H. 1995. Modelling phosphorus transport in<br />
agricultural drainage brooks. Scripta Limnologica Upsaliensis, Report no 139.<br />
Yläranta, T., Uusikämppä, J. & Jaakola, A. 1996. Leaching of phosphorus, calcium,<br />
magnesuim and potassium in barley grass and fallow lysimeters. Acta Agric.<br />
Scand. B; Soil and Plant 46: 9-17.<br />
Zolweg, J.A., Gburek, W.J., Shapley, A.N. & Pionke, H.S. 1996. Hydrologic and<br />
chemical controls on phosphorus (P) losses from cathment coordination of field<br />
research GIS and modelling efforts. From Tunney, H., Carton, O.T., Brookes, P.C.<br />
& Johnson, A.E. (eds.). Phosphorus loss from soil to water. CABI International<br />
Oxon, UK and NY, USA, pp.412-415.<br />
61
<strong>Fosforförluster</strong> <strong>från</strong><br />
<strong>mark</strong> <strong>till</strong> <strong>vatten</strong><br />
Hydrologin i <strong>mark</strong>en är drivkraften i fosforförlusterna,<br />
därför är det nödvändigt att lära sig förstå den. Fosforn<br />
omsätts med en rad processer på sin väg <strong>från</strong> <strong>mark</strong>en<br />
<strong>till</strong> <strong>vatten</strong>draget, sjön eller havet. Processerna kan vara<br />
såväl biologiska, fysikaliska och kemiska och fosforn<br />
kan vara både i löst form eller bunden <strong>till</strong> partiklar i<br />
oorganisk eller organisk form. För att kunna förstå<br />
sambanden mellan <strong>mark</strong>användningen och den slutliga<br />
miljöeffekten i vattnet är det nödvändigt att lära sig så<br />
mycket som möjligt om de olika fosforformerna och hur<br />
de omvandlas.<br />
Många delprocesser är o<strong>till</strong>räckligt kända och borde<br />
undersökas mer. Det gäller speciellt den organiska fos-<br />
forns förekomst och omsättning. Det finns idag åtgärder<br />
med vars hjälp man kan minska förlusterna på såväl<br />
kort som lång sikt, men bristen på effektiva åtgärder är<br />
besvärande.<br />
Naturvårdsverket SE-106 48 Stockholm. Besöksadress: Blekholmsterrassen 36. Tel: +46 8-698 10 00, fax: +46 8-20 29 25, e-post:<br />
natur@naturvardsverket.se Internet: www.naturvardsverket.se Beställningar Ordertel: +46 8-505 933 40, orderfax: +46 8-505 933 99,<br />
e-post: natur@cm.se Postadress: CM-Gruppen, Box 110 93, 161 11 Bromma. Internet: www.naturvardsverket.se/bokhandeln<br />
RAPPORT 5507<br />
NATURVÅRDSVERKET<br />
ISBN 91-620-5507-0<br />
ISSN 0282-7298