Linnér, Harry
Reglerad markavvattning - effekter på vatten- och kväveomsättning i odlad jord.
Behovet av dränering varierar med odlad gröda, årstid och med en variation i nederbörd mellan år. Under vintern när växtnäringsläckaget är som störst är i allmänhet dräneringsbehovet lågt. Vid sådd och skörd krävs god dränering för att marken ska ha tillräcklig bärighet. Under vegetationsperioden innebär konventionell dränering, speciellt på lätta jordar, att vatten som grödan behöver för sin tillväxt dräneras bort. Reglerad markavvattning gör det möjligt att variera dräneringsintensiteten efter dräneringsbehovet.
Målet med projektet är att skapa riktlinjer och rekommendationer vid projektering och användning av reglerbara dräneringssystem så att det tillgodoser både jordbrukets krav på produktion och kraven på minskad miljöpåverkan.
I två fältförsök jämförs avrinning och kväveläckage vid konventionell respektive reglerad dränering. Vattenbalanser kommer att upprättas genom mätningar och beräkningar av in- och utflöde av vatten. Likaså studeras kväveläckaget och kvävedynamiken vid olika dräneringsintensitet. Mätdata från fältförsöken kommer att användas som indata vid körning av DRAINMOD, en modell som simulerar kväveflöden i dränerade jordar med höga grundvattennivåer. Modellen ska anpassas för svenska klimatförhållanden och jordar i samarbete med Professor Wayne Skaggs. Efter kalibrering av modellen, mot i fältförsöken uppmätta värden, kommer simuleringar att ske med klimatdata över längre tidsperioder samt för olika jordar där fysikaliska mätvärden finns tillgängliga. Information kommer att tas fram som belyser frågor om avrinning och näringsämnesprocesser vid olika dräneringsförhållanden och odlingssystem.
Under åren 2000 till 2002, erhölls medel från SJV för studier av reglerad markavvattning. I projektet har två olika dräneringssystems, konventionell dränering och reglerad dränering, inverkan på åkermarkens avrinningskarakteristik, växtnäringsläckage och produktivitet undersökts.
Verksamheten inom projektet har omfattats av:
* Fältundersökningar:
Flödesmätningar
Vattenprovtagning av dräneringsvatten
Marktemperaturmätningar
Grundvattenståndsmätningar
Vattenhaltsmätningar
Mineralkväveprofiler
Skördebestämningar
* Laboratorieundersökningar:
Markkemiska analyser
Markfysikaliska analyser
Kemiska analyser av avrinningsvatten
Kväveinnehåll i växande gröda och skörd
* Simulering med datamodellen DRAINMOD
Reglerad dränering har haft en signifikant effekt på avrinning och utlakning från försöksrutor på Månstorp, N-län, och på Klemmedshus, L-län, under de tre försöksåren (2000-2002). Jämfört med konventionell dränering, var det totala utflödet från dräneringssystemen med reglerad dränering 80 % lägre år 2000/01 och 70 % lägre år 2001/02 på Månstorp respektive 60 % lägre år 2000/01 och 80 % lägre år 2001/02 på Klemmedshus. Det minskade utflödet från de reglerade rutorna kan delvis förklaras av att en höjd grundvattenyta ger marken en ökad lagringskapacitet för vatten och delvis av en högre avdunstning.
Resultaten visar att under år med nederbörd under normal nederbörd kan avrinningen från ett reglerat dräneringssystem reduceras med 80 % utan att inverka negativt på grödan eller på övriga odlingsåtgärder. Under år med normal nederbörd eller med nederbörd högre än normal kan vatten lagras i marken under vinterhalvåret, men profilen måste dräneras till cirka en halv meter djup på våren för att uppnå tillräcklig markbärighet för odlingsåtgärder och inte orsaka syrebrist hos höstsådda grödor. Möjligheten finns att delvis styra dräneringen till tidpunkter när dräneringens negativa påverkan på mottagande recipient är som lägst.
De högsta koncentrationerna av kväve i dräneringsvattnet har uppmätts under perioder med höga flöden och högt innehåll av mineralkväve i marken. När markprofilen har varit vattenmättad eller nära mättnad har pH-värdet och ammoniumkoncentrationen i dräneringsvattnet stigit markant. Ett stigande pH är en indikation på reducerande förhållanden i marken. Det upptag av H+-joner som sker i de flesta redoxprocesserna leder till att pH stiger. Nitratkoncentrationen har då också sjunkit kraftigt på våren med stigande marktemperatur, troligen genom nitratreduktion. Försöksplatsen vid Klemmedshus hade högre pH och ledningstal än försöksplatsen på Månstorp. Skillnader i pH och mullhalt i jordprofilen mellan försöksplatserna återspeglas i skillnader mellan andelen fosfor i partikulär och löst form av Total-P. På Månstorp var andelen partikulärt P högre än på Klemmedshus, där en större andel av Total-P var i löst form. I allmänhet var halterna av N och P högre i dräneringsvattnet från de reglerade rutorna jämfört med de konventionellt dränerade rutorna, på båda försöksplatserna. Statistisk analys visade också en större variation (högre standardavvikelse) av ämneskoncentrationerna i dräneringsvattnet från reglerad dränering, men det gick inte att påvisa några signifikanta skillnader mellan N- och P-koncentrationer i dräneringsvattnet från reglerad respektive konventionell dränering.
Den totala minskningen av kväveförluster från de reglerade rutorna motsvarade minskningen i avrinning från de reglerade dräneringssystemen, på båda försöksplatserna. Jämfört med den konventionella dräneringen var kväveförlusterna från dräneringssystemen med reglerad dräneringen 80 % (30 kg N ha-1) lägre år 2000/01 och 70 % (10 kg N ha-1) lägre år 2001/02. Fosforförlusterna från dräneringssystemen med reglerad dränering på Månstorp var 30 % (0,019 kg P ha-1) högre år 2000/01 och 70 % (0,102 kg P ha-1) lägre år 2001/02, jämfört med konventionell dränering.
På Klemmedshus var kväveförlusterna från dräneringssystemen med reglerad dräneringen 60 % (20 kg N ha-1) lägre år 2000/01 och 70 % (30 kg N ha-1) lägre år 2001/02, jämfört med den konventionella dräneringen. Fosforförlusterna från dräneringssystemen med reglerad dränering på Klemmedshus var lägre båda försöksåren, 50 % (0,038 kg P ha-1) år 2000/01 respektive 70 % (0,277 kg P ha-1) år 2001/02, vilket kan bero på den högre andelen löst P i dräneringsvattnet på Klemmedshus jämfört med på Månstorp.
Vattennivån i dämningsbrunnarna har mätts kontinuerligt under försöksåren med tryckgivare. Mätningar av grundvattenståndet inom försöksrutorna har under vintersäsongen utförts dels med tryckgivare och dels manuellt med klucklod. Med hjälp av ett framtaget samband mellan vattennivån i dämningsbrunnen och grundvattennivån i respektive reglerad ruta har grundvattennivån även beräknats under försöksperioden. Markfysikaliska undersökningar på försöksplatserna visar att grundvattenivån kan höjas till 0,5 m under markytan utan att orsaka problem för växande gröda och bärigheten.
Utloppet i dämningsbrunnarna på Månstorp har varit inställda på en nivå som motsvarar en grundvattenyta på 20 till 30 cm under markytan under större delen av försöksperioden. På Klemmedshus har utloppen i dämningsbrunnarna varit inställda på en nivå som motsvarar en grundvattenyta på 50 cm i två brunnar (CWT2 och CWT3). Utloppet för den tredje rutan, CWT1, har varit högre ställt och motsvarat en grundvattennivå på 40 cm och 25 cm år 2000/01 respektive år 2001/02. En gradvis upptorkning har skett på försommaren. Det har inte varit nödvändigt att sänka nivån i dämningsbrunnarna på våren i samband med vårbruket under försökstiden. Under vegetationssäsongen har grundvattennivå i de reglerade rutorna periodvis sjunkit till dikesdjup. Grundvattennivån har fluktuerat nära dämningsnivån under vintersäsongen. På Månstorp, där grundvattennivån har mätts manuellt i alla rutor, har grundvattennivån varit högre i de reglerade rutorna vid samtliga mättillfällen.
Reglerad dränering påverkade fördelningen av kväve och det totala kväveinnehållet i marken. Åtta mineralkväveprovtagningar har utförts under försöksåren, på respektive försöksplats. Effekterna av de olika dräneringssystemen har varierat mellan åren, beroende på skillnader i klimat och odlad gröda. De största skillnaderna i totalt mineralkväveförråd i marken, mellan provtagningstillfällena, vid båda försöksplatserna, återfanns vid provtagningen i samband med skörd. På Månstorp hade då den konventionellt dränerade rutan högre kväveinnehåll i marken än rutorna med reglerad dränering år 2000 och 2001, vilket tyder på en tidigare avmognad och avslutat kväveupptag hos grödan. På Klemmedshus och på Månstorp år 2002, var förhållandet det omvända med i genomsnitt något högre kväveinnehåll i marken vid skörd, i de reglerade rutorna. Skillnaderna i kväveförråd tenderade att jämna ut sig under hösten genom en kraftigare mineralisering i de reglerade försöksrutorna.
Variationer i nederbörd och temperatur mellan försöksåren återspeglas återigen av skillnader i kväveomsättning mellan åren. Minskningen av mineralkväve i marken var överlag större än mängden utlakat kväve under vintern, vilket tyder på att det finns andra inte uppmätta kväveflöden. Vid några provtagningstillfällen har även mängden utlakat kväve under vintern varit högre än minskningen i mineralkväveförråd, vilket i sin tur tyder på en pågående mineralisering mellan provtagningen på senhösten och våren.
Våren 2000 hade det totala kväveinnehållet i marken minskat i alla rutorna på Månstorp. Minskningen motsvarade 60 % av under vintern utlakat kväve för konventionell dränering respektive 70 % och 20 % för de reglerade rutorna. Våren 2001 hade det totala kväveinnehållet i marken minskat i samtliga rutor på båda försöksplatserna. Mängden utlakat kväve under vintern var tre gånger så stor som minskningen i kväveförråd för CD och CWT2 på Månstorp. För CWT1 motsvarade minskningen av kväveinnehållet i marken bara 13 % av utlakningsförlusterna under vintern. På Klemmedshus motsvarade minskningen i kväveförråd 95 % av mängden utlakat kväve från CD. Från de reglerade rutorna på Klemmedshus motsvarade minskningen 70 och 75 % av mängden utlakat kväve från CWT2 respektive CWT3. Våren 2002 hade det totala kväveinnehållet i marken minskat i två försöksrutor medan det hade ökat i en reglerad ruta på Månstorp. Minskningen motsvarade 40 och 60 % av under vintern utlakat kväve från CD respektive CWT2. I CWT1 hade det totala kväveinnehållet i marken ökat med 2 kg N ha-1 under vintern. På Klemmedshus var kväveförrådet i marken oförändrat i den konventionellt dränerade ruta medan det hade minskat i de reglerade rutorna. Minskningen motsvarade 70, 100 och 60 % av under vintern utlakat kväve från CWT1, CWT2 respektive CWT3.
Beräknade C/N-kvoter visade på skillnader mellan behandlingarna på båda försöksplatser, vilket tyder på skillnader i mineralisering. På Månstorp var i genomsnitt C/N-kvoter högre i alven (30-60 cm) i de reglerade rutorna jämfört med den konventionellt dränerade rutan. På Klemmedshus var i genomsnitt C/N-kvoter högre i matjorden (0-30 cm) i de reglerade rutorna jämfört med den konventionellt dränerade rutan.
En provtagning av kväveinnehåll i växande gröda utfördes på respektive försöksplats två veckor före skörd vid gulmognad i spannmålodling, hösten år 2000 i korn på Månstorp och hösten år 2001 i höstvete på Klemmedshus. Kväveupptaget var i genomsnitt 10 % lägre i rutorna med reglerad dränering på Månstorp. På Klemmedshus var kväveupptaget i genomsnitt 2 % högre i kärnorna och 30 % högre i halmen med reglerad dränering på Klemmedshus.
Skörden från de reglerade rutorna har i genomsnitt varit högre eller oförändrad, jämfört med rutorna med konventionell dränering, under försöksperioden. Skördeökningar på mellan 0 och 15 % har uppmätts. Kornskörden på Månstorp år 2000 var i genomsnitt 6 % högre för de reglerade rutorna medan kväveinnehållet i kärnorna var 3 % lägre. Av fem vallskördar på Månstorp var i genomsnitt 4 skördar högre för de reglerade rutorna. På Klemmedshus år 2001 var i genomsnitt höstveteskörden och kväveinnehållet i kärnorna 3 % högre för de reglerade rutorna. År 2002 odlades sockerbetor på Klemmedshus. Sockerbetorna bevattnades under odlingssäsongen. Inga skillnader i skörd fanns mellan behandlingarna. Sockerskörden var i genomsnitt 12,8 ton ha-1. Inga större skillnader påträffades heller i kväveinnehållet i blasten som var 113 kg ha-1 och 114 kg ha-1 för CD respektive CWT.