Vandmiljøplaner Fosfor Jorderosion. Hans Estrup Andersen, Institut for Bioscience, AU

Transkript

1 Vandmiljøplaner Fosfor Jorderosion Hans Estrup Andersen, Institut for Bioscience, AU ENVINA, Landbrugsårsmøde Karrebæksminde, 27. september 2017

2 Handleplaner for bedre vandmiljø

3 1985 NO-handlingsplanen Forbud mod direkte udledninger, ingen husdyrgødning på frossen jord, harmonikrav Krav om 6 måneders opbevaringskapacitet 1987 Vandmiljøplan I 9 mdr. opbevaringskapacitet, forbud mod husdyrgødningsudbringning efterår og vinter på ubevokset jord, grønne marker, sædskifte- og gødningsplaner, krav til spildevandsrensning Reducere N- og -udledning med hhv. 49% og 80% inden , 1996 Handlingsplanen for Bæredygtigt landbrug Lovpligtige N-normer til afgrøder og lovpligtige gødningsregnskaber, krav til udnyttelse af kvælstof i husdyrgødning (ex. 50% for svinegylle) Frist for N-reduktion udsat til Vandmiljøplan II Vådområder, skovrejsning, miljøvenlig jordbrugsdrift, økologisk jordbrug, efterafgrøder (6/10%), nedsatte gødningsnormer (10%), øget krav til udnyttelse af husdyrgødning (ex. 65% for svinegylle) Frist for N-reduktion udsat til 2003 Målet nået i 2003! (vurderet ved bunden af rodzonen)

4 2003 Vandmiljøplan III Øget krav til efterafgrøder (10/14%), udnyttelse af husdyrgødning (ex. 75% for svinegylle), vådområder, miljøvenlig jordbrugsdrift, skovrejsning, afgift på mineralsk foderfosfat, 50,000 ha randzoner (frivilligt) N-udledning reduceres yderligere 13% i forhold til 2003 før overskud halveres 2009 Grøn Vækst 140,000 ha målrettede efterafgrøder, 13,000 ha vådområder, 50,000 ha randrzoner (krav), skovrejsning N-udledning til havet reduceres med 9,000 t + 10,000 t N (i alt ca. 35%) i forhold til udledning reduceres med 210 t 2014 Vandplaner, 1. generation ( ) 10,000 ha vådområder, Målsætning fra Grøn Vækst skovrejsning, vandløbsindsats, spildevandsrensning (35,000 ejd., 250 regnbetingede udløb, 26 renseanlæg), 1,500 ha - vådområder, 25,000 ha randzoner

5 2015 Landbrugs- og Fødevarepakken Kollektive indsatser: 3,800 t N (vådområder, minivådområder, lavbundsprojekter, skovrejsning) Målrettet regulering: 3,800 t N (efterafgrøder, reduceret norm o.lign. med kompensation) Ophæver randzonekrav Opgiver krav om 60,000 ha efterafgrøder Tillader økonomisk optimal N- gødskning Hæver harmonikrav (1.4 -> 1.7/2.3) Indfører -lofter Forventet effekt 5,500 t N i 2021 smlg. med 2012 Udskyder N-reduktion på 6,200 t N til efter Vandplaner, 2. generation ( ) Kollektive indsatser Målrettet indsatse Spildevandsrensning (6771 ejd., 370 regnbetingede udløb, 11 renseanlæg) 900 ha -vådområder, opkøb af 50 dambrug N-udledning reduceres med 6,900 t -udledning reduceres med 14 t (Jyll + Fyn)

6 2017 Bekendtgørelse om erhvervsmæssigt dyrehold, husdyrgødning, ensilage mv., 33 Husdyrgødning, afgasset vegetabilsk biomasse og mineralsk gødning (handelsgødning) må ikke udbringes på stejle skråninger med en hældning på mere end 6 ned mod vandløb, søer over 100 m² eller kystvande inden for en afstand af 20 meter. Undtagelse hertil er nedfældning parallelt med højdekurver og udbringning af flydende mineralsk gødning (handelsgødning). Iværksætte foranstaltninger til at imødegå jorderosion fra arealer, der har modtaget organisk gødning. Tilsynsmyndigheden skal overvåge og meddele påbud om foranstaltninger.

7 Opbevaringskapacitet for flydende gødning Livstock (%) > 9 Months 6-8 Months < 6 Months Udbringningstider for husdyrgødning % Livestock manuure N Solid manure Liquid manure Slurry Efterår VInter Forår Sommer

8 N markoverskud reduceret med 40 pct. Størst fald frem til Herefter reduktion på tons N. Større høst pga. udfasning af brak

9 Kvælstoftilførsel til havet Normaliseret fald på ca. 40%. unktkilder udgør i dag 10% af det samlede kvælstofbidrag.

10 Fosfortilførsel til havet Normaliseret fald på ca. 60%. Betydning af punktkilder reduceret fra 80% til 30%. Ingen udvikling i det diffuse fosforbidrag

11

12 Fosfor Jorderosion

13 Fosfor () Et ud af 17 essentielle stoffer for plantevækst C og O absorberes fra luften Vand og andre næringsstoffer fra jorden rimære makronæringsstoffer: N,, K (0.2 4% i plantevæv (tørvægt) Andre makronæringsstoffer: Ca, S, Mg, Si Mikronæringsstoffer: B, Cl, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo, Ni, Se, Na (5 200 ppm i plantevæv)

14 Fosfor () Essentiel for alt liv: - Fosfat indgår i biologiske molekyler DNA, AT - hospholipider danner cellemembraner - Afgørende for knoglestyrke (indgår som apatit, Ca 5 (O 4 ) 3 OH) - Et voksent menneske indeholder ca. 0.7 kg, 85 90% in knogler og tænder

15 Most soils are naturally phosphorus deficient Need for NK input However, some soils have high content due to several years of net input

16 hosphorite or rock phosphate, phosphate content up to %

17 Location of known deposits of rock phosphate

18 Kyllingsbæk, Landbrugets husholdning med næringsstoffer DJF Markbrug 18 Vinther & Olsen, Nutrient balances and nutrient surpluses in Danish agriculture (2010). Dep. of Agroecology, Aarhus University Handelsgødning Affald Foder

19 Kyllingsbæk, Landbrugets husholdning med næringsstoffer DJF Markbrug 18 Vinther & Olsen, Nutrient balances and nutrient surpluses in Danish agriculture (2010). Dep. of Agroecology, Aarhus University Handelsgødning Affald Foder Fraførsel

20 Kyllingsbæk, Landbrugets husholdning med næringsstoffer DJF Markbrug 18 Vinther & Olsen, Nutrient balances and nutrient surpluses in Danish agriculture (2010). Dep. of Agroecology, Aarhus University Handelsgødning Affald Foder Fraførsel Overskud

21 Fosforophobning i dyrkningsjorden

22 Stor forskel i fosforbalancen mellem brugstyper Kilde: Landovervågningsoplande NOVANA

23 Den regionale fosfor-balance Data fra GLR og gødningsregnskaber, 2013, opgjort på ID15

24 35,0 Brugstype: svin (1) Betydning af -lofter, eksempel svin 30,0 25,0 % af harmoniareal 20,0 15,0 Før landbrugspakken 10,0 5,0 0,0 < >40 -balance, kg /ha

25 35,0 Brugstype: svin (1) 30,0 Betydning af -lofter, eksempel svin 25,0 % af harmoniareal 20,0 15,0 Før landbrugspakken 170 kg N u. -loft 10,0 5,0 0,0 < >40 -balance, kg /ha

26 35,0 Brugstype: svin (1) 30,0 Betydning af -lofter, eksempel svin 25,0 % af harmoniareal 20,0 15,0 Før landbrugspakken 170 kg N u. -loft -loft ,0 5,0 0,0 < >40 -balance, kg /ha

27 Fosfor i jorden H 3 O 4 H 2 O 4 - HO 4 2- O ph

28 hosphorus Cycle fertilizer Harvest runoff manures, wastes, and sludge manures, wastes and sludge 50% 0.01% H 2 O 4 - HO 4-2 mineralization immobilization Soil Organic Matter Stable org. Labile org. Microbial leaching Adsorbed and fixed Inorganic Fe, Al, Ca, and clay 50%

29 Fosforbinding (i) mineralogi (Fe- og Al-hydroxider, Ca) (ii) ph (iii) lerindhold

30 Fosfor-sorption til Fe- og Al-hydroxider Non-crystalline secondary mineral, small size (5 10 nm, clay fraction) -> high surface area ( m2/g), positively charged > high affinity for phosphate Goethite, FeO(OH) Gibbsite, Al(OH) 3

31 Fosfor-sorption til hydroxider Non-crystalline secondary mineral, small size (5 10 nm, clay fraction) -> high surface area ( m2/g), positively charged > high affinity for phosphate Goethite, FeO(OH) Gibbsite, Al(OH) 3 = H 2 O 4 - or HO 4 2- Equilibrium concentration (E0) = steady state concentration of phosphate in solution - a function of the amount of sorbed

32 Slow process (m y) Fast process (m-h-d-w) kg/ha kg/ha kg/ha

33 Fosfor-bindingskapacitet og fosfor-mætningsgrad - uorganisk fosfor - Kan måles (tidskrævende!) eller estimeres med en pedotransferfunktion (en model) baseret på målt indhold af jern, aluminium og fosfor (oxalat-ekstraktion) The Dutch pedotransfer functions (Schoumans 2000): Sorption Capacity Degree of Saturation SC = α + ( Feox Alox) DS 100* ox = α ( Feox + Al ox )

34 Vandopløseligt fosfor ( w ) en indikator for fosfor-tabspotentialet Kritisk fosformætningsgrad når ligevægtskoncentrationen er kritisk høj, typisk 0.1 mg fosfor pr. l

35 w = f(mætningsgraden) Corresponding to a soil water concentration of mg l -1 w = f(fosfor-tallet)

36 Kortlægning af fosfor-bindingskapacitet Baseret på måling af (Fe + Al)ox i cm s dybde i 386 punkter

37 Tab af fosfor Fosfor-kilde Transportvej Risikoområder/kritiske kildeområder

38 Contributing areas risk areas We often find that a minor fraction of the total area contributes unproportionally high losses. Screening of 45 tile drains for losses (dissolved only). The concentration of dissolved is low in the majority of the tile drains but 10 20% have very high concentrations.

39 Der er mange tabsveje for fosfor fra jord til overfladevand Jorderosion transport af partikler

40

41 Mapping of risk areas for diffuse nutrient losses Hans Estrup Foto reben Olsen

42

43 Kortlægning af erosionsrisiko i Danmark 2017 Revised Universal Soil Loss Equation RUSLE Erosions-potentiale (t/ha) = (R*K)*(L*S)*(C) R: kinetic energy of rainfall (erosivity) K: a soil s resistance to erosion (erodibility) LS: 2D topography, upslope contributing area and slope C: crop management RUSLE i kombination med WaTEM-modellen (sediment transport): Landsdækkende, rumlig modellering af erosion og deposition på 10 m grid skala

44 Input data

45 Example erosion risk map

46 Erosionsrisiko (potentiale) kortlagt i hele landet på 10x10 m grid Erosionsrisiko deposition lav mellem høj Vandløb og grøfter

47 Overflade-afstrømning (opløst fosfor)

48 Brinkerosion

49

50 Udvaskning af fosfor via dræn

51 Udvaskning af fosfor via makroporer/præferentiel strømning Kolloid mobilisering løjelag Makropore transport Regnormegange inter-aggregat porer Output B- and C horizonter Dræn /G. Rubæk/

52 Risiko for strømning i makroporer Modelberegning Hydrauliske egenskaber prædikteret ud fra simple jordparametre (tekstur, etc.) Risiko for makroporetransport på landbrugsområder er kortlagt på 500 m grid

53 Fosfortabsveje og fosforformer Overfladeprocesser Erosion (tab af jordpartikler) Overfladeafstrømning (opløst og kolloidbundet fosfor) Udvaskning ræferentiel strømning (partikulært- og kolloid-bundet og opløst fosfor ) Ensartet strømning gennem jordmatricen (overvejende opløst fosfor) Brink-erosion (tab af jordpartikler) Nedbør og hydrologi er bestemmende for tabsprocesserne

54 Fosfor tabsposter fra det dyrkede land status anno 2005 Denne tabspost har nok været stigende i de sidste 10 år pga. skift til majs og kraftigere regn < 0.5 kg /ha Kronvang og Rubæk. 2005: DJF rapport, Husdyrbrug Nr. 68.

55 Begrænsning af erosion og fosfortab Grassed waterways in erosion prone areas Mapping of risk areas for diffuse nutrient losses Hans Estrup Foto reben Olsen

56 Mitigation of losses Buffer zones between field and water course

57

58 Kilde: Brian Kronvang, review af internationale studier over randzoneeffektivitet, i: Virkemidler til realisering af 2. generations vandplaner og målrettet arealregulering, DCA rapport 052, 2014

59 Randzoners bredde skal afpasses efter risikoen for om der dannes skyllerender (riller) fra jorderosion på tilstødende mark Erosionskortlægning kan udpege højrisiko marker Kronvang et al., 2006 Water Science & Technology 51(3-4):

60 Læs mere om randzoner i Virkemiddelkataloget:

61

62 NOVANA: det nationale miljø- og naturovervågningsprogram Vandløb 223 stationer med vandføring (kontinuert) og vandkemi (2. 4. uge) Søer 18 søer > 5 ha: intensivt 30 søer > 5 ha (vekslende): tilstand 175 søer 1 5 ha vandhuller: tilstand Grundvand Ca. 1,000 overvågningsboringer Marin Ca. 100 stationer med vandkemi, aftagende intensitet væk fra kysten

63 Effekt i vandområderne - vandløb

64 Effekt i vandområderne - søer TN: reduceret 38% T: reduceret 51%

65 Effekt i vandområderne marine områder TN og T reduceret ca. 50% i fjorde og kystnære områder