UDPEGNING AF RISIKOOMRÅDER FOR FOSFORTAB TIL OVERFLADEVAND Seniorforsker, ph.d. Hans Estrup Andersen Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet ATV MØDE PRINCIPPER FOR MILJØGODKENDELSER AF HUSDYRBRUG RADISSON SAS, H.C. ANDERSEN HOTEL 23. maj 2007
RESUMÉ Et nyt værktøj, et såkaldt P-index, til brug for miljømyndigheder og landbrugets rådgivere til vurdering af et områdes risiko for fosfortab, er udviklet af DMU, DJF, GEUS og Landbrugets Rådgivningscenter. I P-indexet kombineres en række kortlagte risikofaktorer til én værdi, der mark for mark beskriver den relative risiko for at der tabes fosfor til omgivelserne. Af P-indexberegningen kan det ses, hvilken risikofaktor, der bidrager mest til den samlede risiko for hvert enkelt risikoområde. Heri ligger en værdifuld rådgivning i valg af det for det enkelte risikoområde mest velegnede virkemiddel til modvirkning af fosfortabet. Et nyt landsdækkende P-risikokort er netop nu under udarbejdelse ved DMU og DJF, AU. P-risikokortet vil sammen med et nyt N-risiko kort blive tilgængeligt for Miljøcentre og Kommuner i løbet af 2008. Mere information om de nye risikokort med tilhørende værktøjer kan findes på projektets hjemmeside: www.np-risikokort.dk BAGGRUND De fleste danske søer og mange fjorde har en dårlig økologisk tilstand på grund af en høj tilførsel af fosfor. Det største fosforbidrag til vandmiljøet kommer i dag fra det åbne land det diffuse fosfortab hvoraf landbrugsbidraget udgør en betydelig andel. Danske og udenlandske undersøgelser viser, at fosfortabet fra det åbne land oftest stammer fra en relativt lille del af arealet de kritiske kildeområder. Det drejer sig om arealer, der har et højt indhold af fosfor, og hvor der samtidig er mulighed for transport af denne fosfor til vandløb eller sø. P-indexet er et værktøj udviklet i USA til identifikation af de områder i landskabet, der udgør den største risiko for at tabe fosfor til vandmiljøet. I P-indexet kombineres en række lettilgængelige oplysninger om fosforkilden og om mulighederne for fosfostransport fra marken i én værdi. Denne P-index-værdi beskriver den relative risiko for, at der tabes fosfor fra marken til vandmiljøet. Det er herved muligt at se hvor i et givet område, man skal koncentrere indsatsen mod fosfortab. Af P-index-beregningen kan det desuden ses, hvilken risikofaktor der bidrager mest til den samlede risiko for hvert enkelt risikoområde. Heri ligger en værdifuld rådgivning i valget af det mest velegnede virkemiddel til modvirkning af fosfortab. P-indexet er således et meget pædagogisk redskab, som kan anvendes af både vandområdemyndigheder og landbrugets rådgivere. P-indexet vil være velegnet både til gennemførelse af VMPIII, som har målrettet anvendelse af MVJ-ordninger mod risikoområder som et af sine virkemidler, og til udarbejdelse af indsatsplaner til opfyldelse af Vandrammedirektivets krav om en god økologisk kvalitet i vandområderne. UDVIKLING AF ET DANSK P INDEX I projektet Udpegning af risikoområder for fosfortab til overfladevand har der været arbejdet frem mod en dansk version af P-indexet. Det nye index er netop nu under afsluttende aftestning i en række oplande. Det danske P-index er opbygget mere stringent efter de enkelte fosfor-transportveje end udenlandske versioner. Desuden vurderes for hver transportvej hhv. fosforkilden, mobilisering af fosfor fra kilden og transport af fosfor. Denne opbygning gør det nemmere fremover at indarbejde ny viden i indexet. F.eks. ny viden som skabes i de igangsatte VMPIII-forskningsprojekter (www.dffe.dk/). Det nye P-index vurderer følgende tabs-
veje for fosfor: erosion, overfladisk afstrømning, matrixudvaskning og makroporeudvaskning. Desuden vurderes tabsrisikoen for lavbundsjorde. Endelig indeholder det danske P-index som noget helt nyt en selvstændig vurdering af risikoen for fosfortab ved brinkerosion. Brinkerosion er nemlig vist at kunne udgøre en meget betydelig kilde til fosfortab under danske forhold. A Grundvandsspejl Oxideret Reduceret B C D F E Skematisk illustrering af transportveje for fosfor. Fosfor kan transporteres til overfladevand ad flere veje. Noget fosfor opløses og kan sive med regnvand ned til grundvandet (A) og videre til dræn (B) og vandløb (C). Andet fosfor sætter sig på fine jordpartikler, som via sprækker og store porer i jorden nedvaskes til dræn og herfra transporteres til vandløb og søer. Fosfor, bundet til jordpartikler, kan også skylle eller blæse fra markerne ud i vandmiljøet i perioder med kraftig regn, snesmeltning eller kraftig blæst (D). Derudover kan fosfor, bundet til jorden på vandløbsbrinken eller i bunden af vandløbene, blive frigjort og transporteret videre (E). Endelig er der i nogle områder lokale forekomster af fosfor i dybe jordlag. Dette fosfor kan frigives til grundvandet og derved transporteres til vandmiljøet (F). Foto 1: Fosfor kan skylle fra marken og ud i vandløb som overfladisk afstrømning hvis der ikke er randzone.
NYE LANDSDÆKKENDE KORTLÆGNINGSTEMAER Som en nødvendig baggrund for tilpasningen af P-indexet til danske forhold er der blevet gennemført en række nye kortlægninger baseret på både eksisterende og på ny-indsamlede data, og der er foretaget sammenstillinger af eksisterende viden og udført eksperimentel forskning. Der er udarbejdet nye, landsdækkende kort over indholdet af fosfor-bindingskomponenter (jern- og aluminiumoxider) i tre jorddybder. Kortlagene kan omsættes til fosforbindings-kapacitet via eksisterende modeller (såkaldte pedotransferfunktioner) til anvendelse i P-indexet. Ved høj bindingskapacitet antages det, at underjorden fungerer som et effektivt filter for fosfor tabt fra pløjelaget. Ved lav bindingskapacitet tilbageholdes kun en del af den fosfor, der mobiliseres i pløjelaget. Der har været gennemført målinger af fosforudvaskningen fra en række marker på sandjord, som modtager store mængder husdyrgødning. Resultaterne viser, at der på de undersøgte jorde, som er stærkt podsolerede, tilbageholdes fosfor, der udvaskes fra pløjelaget, effektivt af jern- og aluminiumoxider i underjorden. Mange jorde på smeltevandssand er i varierende grad podsolerede og har derfor en forholdsvis stor fosforbindingskapacitet i underjorden. Foto 2: Fosfor kan skylle ud i overfladevand direkte fra marken via nedvaskning fra mark til drænrør, der udmunder i vandløbet.
Omkring halvdelen af de danske landbrugsjorde er drænede. Tab af fosfor via dræn til vandmiljøet kan være betydeligt. Udvaskning af fosfor til drænene på lerede jorde foregår hovedsagelig gennem større, såkaldte makroporer. Hvis vandet transporteres i jordmatricen er opholdstiden og adsorptionskapaciteten som hovedregel stor nok til at fosfor ikke vil udvaskes. Men i makroporer bliver en stor del af det opløste fosfor ikke bundet under den hurtige transport til drændybde, eller det transporteres bundet til partikler. Der er i projektet udarbejdet et koncept, hvormed det er muligt at kortlægge jorder, der sandsynligvis indeholder makroporer. Forekomst af makroporer betyder imidlertid ikke nødvendigvis, at der også forekommer strømning i makroporerne. Makroporestrømning er i høj grad bestemt af den hydrauliske ledningsevne i jordmatricen i den øverste meter af jorden, når jorden er tæt på vandmætning. Ved hjælp af beregninger med neurale netværk er der udviklet en model, der har muliggjort en landsdækkende kortlægning af den nær-mættede hydrauliske ledningsevne. Det udviklede koncept til vurdering af risikoen for fosfortab via makroporestrømning kan også anvendes ved risikovurdering af andre stoffer, f.eks. pesticider. Der er foretaget en udredning af muligheden for at typeinddele lavbundsjorde efter jordtype, okkerklasse, geo-region og kvartærgeologi. Efterfølgende er der foretaget en landsdækkende kortlægning af lavbundstyperne. For hovedtyperne af organogene lavbundsjorde er der foretaget en systematisk analyse af fosforbindingsegenskaberne samt en vurdering af tabsrisikoen. Resultaterne dokumenterer, at fosforbindingskapaciteten i organogene lavbundsjorde primært er relateret til indholdet af krystallinsk jern (Fe CBD ), og at fosformætningsgraden således kan udtrykkes i forhold til denne parameter. Bindingskapaciteten i organogene lavbundsjorde varierer signifikant fra meget lav til ekstremt høj imellem georegioner, okkerklasser og jordarter. Resultaterne indikerer, at der er grundlag for kortlægning af lavbundsjordes bindingskapacitet, men datagrundlaget er spinkelt og bør udbygges i fremtiden. Analyse af sammenhængen mellem vandekstraherbart-p (en indikator for tabsrisiko) og fosformætningsgraden udtrykt i forhold til Fe CBD viser en god signifikant korrelation, og indikerer samtidig at tabsrisikoen for dyrkede lavbundsjorde under aerobe forhold ligger inden for samme spænd som for højbundsjorde. Risikoen for fosfortab fra lavbundsjorde vurderes at være meget relateret til årstidsspecifikke hændelser, specielt efterår-vinter-situationen med våde, anaerobe forhold øger tabsrisikoen. Resultaterne har vist at fosforfrigivelses-potentialet under anaerobe forhold er direkte relateret til jordens Fe BD :P BD - molforhold, og fosforfrigivelsesraten kan estimeres ud fra et simpelt empirisk udtryk. Der er foretaget en udredning af de naturlige og menneskeskabte processer, som har betydning for fosfortabet ved brinkerosion. Specielt er der fokuseret på de processer, som kan påvirkes af menneskelige aktiviteter, og som dermed kan være med til at øge omfanget af brinkerosion og det potentielle fosfortab til overfladevand. Målet er at kunne pege på hvilke faktorer, som kan inddrages i det nye danske P-index. På baggrund af udredningen er der udarbejdet et forslag til et selvstændigt index for risiko for fosfortab ved brinkerosion. Forslaget er baseret på en analyse af eksisterende, danske målinger af brinkerosion. Af hensyn til anvendeligheden af indexet indgår der kun lettilgængelige data i indexet: oplandsareal, planform af vandløb, karakterisering af dyrkningen i en buffer langs vandløbet, jordtype og vandløbets hældning. I et igangværende VMPIII-forskningsprojekt (BUFFALO-P) foretages
der omfattende målinger af brinkerosion, som kan danne grundlag for test og forbedringer af det foreslåede brinkerosions-index. Perspektiver En landsdækkende kortlægning af risikoområder for fosfortab er netop nu under udvikling hos DMU og DJF. I kortlægningen anvendes det nye P index. Kortlægningen, der skal være færdig i 2008, kan anvendes af kommuner og miljøcentre bl.a. til udarbejdelse af indsatsplaner i forbindelse med Vandrammedirektivet. Kortlægningen af risikoområder bliver indeholdt i et web-baseret, interaktivt værktøj, som også giver information om og rådgivning i anvendelse af virkemidler mod fosfortab fra risikoområderne: Samtidig med at risikoområderne udpeges, opstiller værktøjet forslag til lokalt relevante, tabsbegrænsende virkemidler for fosfor. Forslagene til virkemidler ledsages af vurderinger af effekten på naturindholdet, kvælstoftabet og af beregninger af omkostningseffektiviteten. Gennem estimering af virkemidlernes effekt på næringsstoftransporten fra oplande til søer beregnes effekten på søers sigtdybde og klorofylindhold. Kortlægningen præsenteres på markblokniveau, idet en del input-data ikke findes med større geografisk opløselighed. En del risikofaktorer, såsom skrånende, erosionstruede arealer, kan kortlægges med langt større opløselighed. Denne kortlægning foregår nemlig med udgangspunkt i den digitale højdemodel, der har en opløselighed på 10x10 m. Risikoområdet for denne faktor indenfor markblokken kan dermed indkredses, og virkemidler målrettes herimod og ikke mod hele markblokken. Virkemidlernes effekt på kvælstofudvaskningen fra rodzonen beregnes med Skep-Daisy-modellen. Mængden af kvælstof, der fra rodzonen når frem til overfladevand, beregnes på grundlag af regionale skøn over fjernelse af kvælstof i grundvand. Mere information om det nye værktøj kan findes på projektets hjemmeside: www.nprisikokort.dk.