AARHUS UNIVERSITY. N-udvaskning fra landbrugsarealer beskrevet med NLES4 model. Christen Duus Børgesen Seniorforsker Institut for Agroøkologi, AU

Transkript

1 N-udvaskning fra landbrugsarealer beskrevet med NLES4 model Christen Duus Børgesen Seniorforsker Institut for Agroøkologi, AU

2 Oversigt Nitratudvaskning NLES4 modellen Regionale udvaskningsberegninger Nationale resultater Regionale resultater Retentionskort

3 Kvælstof omsætning i mark-bedrifts systemet Foder 3

4 Nitratudvaskning Mineralsk kvælstof i jorden findes som nitrat og ammonium Mineralsk N kommer delsfra N gødning Mineralsk N kommer fra omsætning af organisk stof Ammonium omsættes til nitrat Nitrat er vandopløseligt Nitrat optages af planter i vækst Nitrat kan denitrificeres under iltfattige forhold og omdannes herved til atmosfærisk N Nitrat transporteres med nedadgående vandstrømning Nitratudvaskning opgøres som nitrat-n der transporteres ud af rodzonen

5 Litteraturgennemgang. Hvilke faktorer betyder mest for N udvaskningen Afgrøde og efterårs jordbearbejdning og efterårs N gødskning **** Vejrforhold og jordtype *** N tilførsel med organiske N gødninger** N tilførsel med mineralsk N gødninger* Dyrkningshistorie** **** Stor betydning, * lille betydning

6 Vand og kvælstof transport Figur: Jens Chr. Refsgaard, GEUS, NiCA,

7 Empirisk N-udvaskningsmodel NLES4 En statistisk model der predikterer årlig nitratudvaskning ud fra en række forklarende parametre (Jord, afgrøder/sædskifte, afstrømning, N gødskning) observationer ca. 200 forsøgsmarker (AGRO) og ca. 40 moniteringsmarker (LOOP) ca. 30 år (2 til 25 års observationer)

8

9 NLES modellens historie Version 4 af N-LES blev publiceret i 2008 Version 3: 2003 Version 2: 2002 Version 1: 2000: Simmelsgaard et al. (omfatter egentlig flere modeller) Før da: Simmelsgaard (1991 og 1998) samt Simmelsgaard og Djurhuus (1998) 9

10 NLES 4 En empirisk N-udvaskningsmodel Yˆ = U + V Mcˆ ˆ κ { } hvor Yˆ er den prædikterede udvaskning T er summen af direkte og indirekte effekter af kvælstof U er en additiv effekt af udvikling over tiden (teknologi effekt) og en model teknisk parameter, som sikrer en effekt af N ved lave tilførsler V er (den positive værdi af T, som bliver opløftet til en potens cˆ er teknisk parameter, som sikrer den samme gennemsnitlige udvaskning for prædikterede og observerede værdier

11 N-gødningseffekter i NLES4 T = ˆ β + ˆ β N + ˆ β ( N + N ) + ˆ β N + ˆ β N + ˆ β f C 0 1 niveau 2 forår fix 3 afsat af husdyr 4j efterår 5 c/ n total + ˆ γ + ˆ γ + ˆ λ + ˆ λ + ˆ η sommer afgrøde vinter afgrøde forfrugt : sommer afgrøde forfrugt : vinter afgrøde forsøgsstation MLangtidseffekt = [1 exp( ˆ δ ˆ ˆ 1a A0 (Mellemlangt aa δ1 a A0sd δ1 b A0 jm)] sigt 5 års gennemsnit) (N_niveau) exp( ˆ δ A ˆ δ A ˆ δ A ) 2a 1aa 2b 1sd 2b 1jm Korttidseffekt (1 år) (N_forår + N_fiksering) exp( ˆ δ H)exp( ˆ δ L) 3 4 Tidspunkt på året af N tilførsel (N_efterår) Virkning af N afsat på marken (N_afsat af husdyr)

12 Andre effekter i NLES4 Jordtyper. Lerindhold og humusindhold, Hydrauliske parametres betydning for afstrømningen Afgrøder: Forfrugt, Hovedafgrøde og afgrøde i afstrømningsperioden. Afstrømning af vand. Afstrømning i året før den målte udvaskningsperiode, Afstrømningen i sommer og efterårs månederne (Apr-Dec), afstrømning i vinterperioden (Jan-Mar) Teknologi effekt

13

14 AARHUS Antal observationer i NLES4 databasen obs. kg N/ha Gennemsnitsudvaskning målt og NLES4 modelberegnet Målt gennemsnit NLES4 gennemsnit

15 Regionale N udvaskningsberegninger NLES4

16 Modelkonceptet Børgesen, Djurhuus, Kyllingsbæk, (2001) (Ecological modelling 136, 31-48) Videreudviklet (2001) (Børgesen og Heidmann, 2001)( DJF-rapport) Anvendt i VMPII slutevaluering. (2003) (Kommune beregninger) Anvendt i beregninger for Ringkøbing Fjord oplandet (2003) (Bedrifts beregninger) Præsenteret på 3rd Internationale N kongres i Nanjing (Kina) Inkl. Paper. Scenarie beregninger præsenteret på 14th N workshop. Marstricht Anvendes i beregninger i tre oplande i Århus amt. (AGWAPLAN projektet) (Bedrifts beregninger) VMPIII midtvejsevaluering 2008.(Bedrifts beregninger) N og P-risikokortlægning(2009) GV-evaluering, 2013 N retentionskort opdatering (2015)

17 Metoden kan opdeles i tre trin: 1.Trin Opstilling af sædskifter på markniveau. Opstilling af gødningsplan til sædskifter. 2. Trin Beregning af årlig mark kvælstofbalance. Beregning af årlig vandbalance på markblokniveau. 3. Trin Opgørelse af resultater på forskellig skala (Bedrift, region og national opgørelse) Udarbejdelse af Temakort.

18 Method to simulate N leaching on 1. Trin a regional scale NLES4 Trin 3 Trin 2

19 Data fra Landbrugsregistre Bedriftsdata Areal anvendelse (Harmoniareal og efterafgrødeareal). N tilførsel med handelsgødning,husdyrgødning og anden organisk gødning. Antal dyreenheder opdelt på dyreart (Kvæg, svin, mink, høns m.fl, Central Husdyrs Register (CHR)) Markdata Dyrket afgrøde, geografisk placering ud fra Markblok nummer (Vinterhvede, vinterbyg, græs m.fl, Hektarstøtte kontrollen) Jordbundsdata. (Jordtype fordeling i markblokken) Vandings oplysninger Mulighed for vanding.

20 Arealanvendelse fra GLR - Data Vinterhvede I procent af blokkens areal Over 110 % % % % % % % % % % % under 10 % all others

21 Sædskifte/gødsknings- model Data Bedrifts data Handelsgødnings N Husdyrgødning Andet organisk N Mark data Afgrøde Jordbunds data Vandingsdata Trin Sædskifte/ gødskningsmodel Sædskifterne / gødningsplaner omfatter: Hver mark tilknyttes et sædskifte ud fra afgrøden på marken Omdriftssædskifte Vedvarende græssædskifte Brak

22 N udvaskning NLES4 Mark data Jorddata Vanding Resultat trin 1. Sædskifte og Gødningsplan Trin 2 2 km grid cells Mark resultat Regionale data Klima Udbytter NLES4 NLES4

23 Vandbalance Data base Sædskifter Sædskifter 14 forskellige (10 sædskifter) afgrøder Klima Jordtyper data (15 5 Georegioner års daglige meterologiske jordtyper data) I hver region Vanding Med For sandjordene og uden for sandjorde Daisy model Klimadata Gødskningsplaner (30 22 forskellige års daglige gødningsplaner vejrdata af N-norm. 510 niveauer km DMI af grid, husdyrgødning) nedbør. 403 km typer DMI husdyrgødning: grid temperatur 40 km Kvæg grid og globalstråling svinegylle Dybstrøelse Geo- regionale Jord data (9 Jordtyper) Daisy Database database Daisy Vandbalance [mm/måned] (N-balance [Kg N ha - 1 år -1 ] Vand balance [mm år -1 ], Udbytte [ton tst. ha -1 år -1 ] )

24 Modelberegning på markniveau Sædskiftet fra et af de tre sædskiftetyper opstillet for bedriften. Gødningsplan for sædskiftet fra bedriften. Jordtype fordeling på markblokken => Der modelberegnes således et jordtypevægtet resultat for marken.

25 Parametre der indgår i modelberegningen af N udvaskningen. N gødskning: Varierende mellem marker ud fra årlige bedriftsdata fra gødningsregnskaber. (Rumlig og tidslig variation) Klima: Variation ud fra klimadata fra DMI s 10 km grid m.h.t. nedbør (NLES4). Normaliseret ud fra målte daglige vejrdata for perioden 1990 til Sædskifte. Varierende mellem årene ud fra de årlige registreringer af afgrøder tilhørende bedriften.

26 Jordbunds kort

27 Jordbunds kort

28 Aggregeringsniveau Gødningsplan: Bedrifts skala. Sædskifter: Markblok skala, dog er efterafgrøder arealet opgjort på bedriftsniveau. Jordtyper: 1:50000 / 1: Jordtypegrænser opgjort som 250 m gridceller Vejrdata: Nedbør DMI 10 km grid.

29 N tilført med handelsgødning og husdyrgødning

30

31

32

33 Regional N udvaskning Id15 oplande i 2011

34 Ernstsen og von Platen (2014),

35 Nye retentions kort

36 Nye retentions kort

37 N udledning beregnings princip. Udvaskning rodzonen N retention N udledning (teoretisk Eksempel. Ikke beregnet)

38

39 Udvaskning Landbrugsarealet i Danmark Tons N Beregnet med klimadata N udvaskning VMPI VMPII VMPIII Grøn Vækst