Athuganir á afrennslismagni og efnaútskolun af túnum á Hvanneyri

HöfundurÚtgefandiÚtgáfuárÚtgáfustaður
Björn Þorsteinsson, Guðmundur Hrafn Jóhannesson, Þorsteinn GuðmundssonBÍ, LBH, L.r., RALA, S.r.2004Reykjavík
RitÁrgangurTölublaðBls.
Fræðaþing landbúnaðarins200477-83

04-e-BTH&GHJ&THG.PDF

Reglulegar mælingar voru gerðar frá maí 2001 til júní 2002 á afrennslismagni og styrk efna í afrennslisvatni af túnum á Hvanneyri í Borgarfirði. Einnig var veðurgagna aflað frá sama svæði. Efnagreiningar voru gerðar á eftirtöldum þáttum í afrennslisvatni: heildarstyrk köfnunarefnis (N), fosfórs (P), kalís (K), kalsíums (Ca), magnesíums (Mg), natríums (Na) og brennisteins (S). Einnig var mælt magn ólífræns köfnunarefnis (NH4-N+NO3-N) og fosfórs (PO4-P). Niðurstöður sýndu að útskolun allra næringarefnanna er innan þeirra marka sem við mátti búast miðað við forða í jarðvegsgerð athugunarsvæðisins.

Inngangur

Forsendum og framkvæmd þessarar athugunar hefur áður að nokkru verið gerð skil á vettvangi Ráðunautafundar (Guðmundur Hrafn Jóhannesson og Björn Þorsteinsson, 2002). Vísað er til þeirrar greinar til nánari útskýringa á bakgrunni og skipulagi athugunar. Í áratugi hafa verið gerðar fjölmargar tilraunir með áburð í jarðrækt á Íslandi en mun færri með t.d. búfjáráburð, eða heildarmagn og losun steinefna í íslenskum jarðvegi. Einn þeirra þátta sem gögn vantar um í næringarefnabúskap í íslenskri jarðrækt er útskolun næringarefna af ræktarlandi (Þorsteinn Guðmundsson 1998, Hólmgeir Björnsson 2001) Sú rannsókn sem hér er kynnt er viðleitni til að bæta þar nokkuð úr.

Efni og aðferðir

Aðferðum við efnagreiningar er lýst annarstaðar í þessu riti (Arngrímur Thorlacius, Baldur Vigfússon, 2004). Rennslismælingar voru gerðar með sírita tengdum þrýstinema í ræsinu sem safnar útrennslinu frá túnunum (ISO standards 1983). Til viðmiðunar var einnig byggð V-laga rennslisstífla til að kvarða rennslismælingar.
Heildarstærð athugunarsvæðis var 64,3 ha af túnum í blandaðri notkun, að mestu í grasrækt, en einnig byggakrar, skjólbelti, beitt svæði o.s.frv. Áburðargjöf á túnin á Hvanneyri er að jafnaði 110 kg N, 24 kg P og 45 kg K. Þau stykki sem fá búfjáráburð (15-20 t ha-1) fá tilbúinn áburð að auki 9 kg N, 15 kg P og 25 kg K. Þannig háttar til að allt afrennsli þessa svæðis sameinast í einum læk, þar sem sýnasöfnun og rennslismælingar fóru fram. Safnað var sýnum á um tveggja til þriggja daga fresti á tímabilinu frá maí 2001- júní 2002. Eitt sýni var sett beint á flösku sem var fryst, en annað sýni var tekið til mælinga á pH og leiðni strax að lokinni sýnatöku. Vatnshiti var mældur við hverja sýnatöku. Veðurgögn fengust frá Veðurstofu Íslands sem rekur sjálfvirka veðurstöð á Hvanneyri.

Niðurstöður og umræður

Veðurgögn og rennsli: Í 1. töflu má sjá meðaltöl veðurmælinga og rennslismælinga, meðalfrávik, hæstu og lægstu gildi fyrir athugunartímabilið. Gögn um rennsli og úrkomu allra mælidaga eru færð inn á 1. mynd.



1. tafla. Veðurfar og rennslismagn á athugunarsvæði í maí 2001 – júní 2002



1.mynd. Úrkoma og rennslismagn á athugunarsvæði í maí 2001 – júní 2002

Styrkur efna í afrennslinu: Séu styrktölur efnanna í afrennslisvatninu af Hvanneyrartúnunum skoðaðar (2. tafla) sést að allar tölur eru innan þess breytileikasviðs sem Sigurður Reynir Gíslason (1993) tilgreinir fyrir ýmis vatnakerfi á Íslandi. Hæstu gildi á nítrati og súlfati eru einnig innan þeirra marka sem sett eru í reglugerð um neysluvatn (nr.536/2001) og reglugerð um varnir gegn mengun vatns af völdum köfnunarefnissambanda frá landbúnaðir og öðrum atvinnurekstri (nr. 804/1999). Í þessum reglugerðum er miðað við 50 og 25 mg L-1 af nítrati, en hæsta gildi nítrats sem mælist hér er innan við 20 mg L-1


2.tafla Efnastyrkur í afrennslisvatni af túnum á Hvanneyri í maí 2001 – júní 2002 (mg L-1)


Styrkur fosfórs í sýnunum var óverulegur, af 149 sýnum voru 94 undir greiningarmörkum, þau 55 sýni sem höfðu eitthvert magn fosfórs virðast frá stórviðradögum að vetri. Vitað er að styrkur P í jarðvegsvatni er ekki í samræmi við magn fosfórs í jarðvegi, vegna sterkrar bindingar við jarðvegsagnir (Magdoff o.fl. 1999). Þegar litið er nánar á innbyrðis samband milli þátta í gagnasafninu kemur í ljós að breytingar í styrk á Na, Ca og Mg fylgjast marktækt að (p < 0,001). Öll þessi steinefni lækka einnig í styrk með vaxandi rennsli (p < 0,001). Breytingar á styrk K virðist fylgja öðrum lögmálum en breytingar á styrk þess sýnir ekki marktæka fylgni við áðurnefndar jákvæðar jónir heldur við lífrænt N og fosfór. Ekki sést nein marktæk fylgni milli rennslismagns og styrks K, S, lífræns N og P. Hins vegar eru þeir þættir sem aukast marktækt í styrk með vaxandi rennsli: nítrat ammóníum og heildar-N.



3. tafla. Útskolun efna af túnum á Hvanneyri maí 2001 – júní 2002 (kg ha-1 dag-1). Tölfræði fosfórþátta er ekki reiknuð þar sem flest sýni reyndust undir greiningarmörkum og aðeins tiltölulega fá yfir magngreiningarmörkum.


Magntölur í afrennsli: Heildarútskolun allra efna eykst með vaxandi vatnsafrennsli, einnig þeirra efna sem lækka í styrk með vaxandi vatnsmagni. Meðalútskolun einstakra efna í kg ha-1 dag-1 má sjá í 3. töflu, en línurit yfir útskolun samkvæmt einstökum mælingum á 2 - 4 mynd.
Inn í gagnasafnið vegna rennslismælinga vantar tölur frá 22 janúar til 20 febrúar og sést því eyða í útskolunarlínuritum á þeim tíma. Augljóst er af línuritunum að stærstu útskolunarviðburðirnir eru bundnir við vetrarmánuðina, en sumrin einkennast af lágum útskolunartölum og stöðugu rennsli (1. mynd). Þetta kemur ekki á óvart og í góðu samræmi við það sem áður var vitað (Mengel og Kirkby 1987).


2. mynd. Afrennsli Ca, Mg, K, og Na, í kg ha-1 dag-1 á athugunarsvæði maí 2001 – júní 2002


3. mynd. Afrennsli PO4-P og heildar -P í kg ha-1 dag-1 á athugunarsvæði maí 2001 – júní 2002



4. mynd. Afrennsli NO3-N, NH4-N lífræns-N heildar-N og heildar-S í kg ha-1 dag-1 á athugunarsvæði maí 2001 – júní 2002

Til þess að leggja mat á gögnin er nauðsynlegt að bera þau saman við þann jarðveg sem sem á túnunum er og hvers konar meðferð hann hefur fengið. Miðað við mælingar Þorsteins Guðmundssonar (1998) á veðranlegum og skiptanlegum næringarefnum í mýrarjörð á Hvanneyri kemur í ljós að heildarútskolunin á Ca, Mg, Na, K og P er vel innan þeirra marka sem er að finna meðal veðranlegra og auðleysanlegu þátta þessara efna (4. tafla).

4. tafla. Magn veðranlegra og auðleysanlegra og skiptanlegra næringarefna kg ha-1 í efstu 10 sm jarðvegs á mýrarjörð á Hvanneyri (Þorsteinn Guðmundsson 1998) borin saman við heildarútskolun (kg ha-1 ár-1) samkvæmt afrennslismælingum gerðum á Hvanneyri í maí 2001 – júní 2002.


Heildarútskolun annarra mældra þátta á ársgrundvelli reiknast: Heildar S 45; PO4-P 0,1; NO3-N 6,87; NH4-N 4,75; heildar N 14,65 og lífrænt N 3,02 kg ha-1 ár-1 .
Séu allir mældir útskolunarþættirnir lagðir saman fást rúmlega 400 kg í efnaafrennsli á ári. Þetta magn er innan þess ramma sem vænta má í útskolun á steinefnum á Íslandi. Sigurður Reynir Gíslason og Stefán Arnórsson (1988) gera ráð fyrir að efnaveðrun af íslensku landi sé að meðaltali um 1 tonn ha-1 ár-1, en hafa ber í huga að í þeirri rannsókn sem hér er kynnt er m.a. kísill ekki tekinn með en hann vegur allþungt í tölum yfir heildarveðrun. Á hinn bóginn er þessi athugun á mýrlendi og mikils kísils ekki að vænta.

Mögulegra skekkjuvalda í gögnunum er helst að leita rennslismælingunum, en vatnamælingamönnum gekk illa að kvarða rennslislykil á mælistöðinni fyrir mikið vatnsmagn og gerðu fyrirvara um nákvæmni rennslismælinga í flóðum. Samanburður rennslisgagnanna og við úrkomumagn sýna að um 89% af úrkomumagninu rennur af svæðinu sem er innan trúverðugra marka. Einnig má spyrja hve miklu máli skiptir jarðvegur neðan 10 sm lagsins fyrir útskolun? Sennilega skiptir sá jarðvegur máli fyrir allar katjónirnar en Arnheiður Þórðardóttir og Þorsteinn Guðmundsson (1994) sýndu að mun minna var af þeim í sniðum framræsts en óframræsts mýrarjarðvegs. Áborinn fosfór binst hinsvegar við efsta yfirborð jarðvegsins (Þorsteinn Guðmundsson ofl. 2000). Útskolun fosfórs er helst að vænta sem afrennsli af yfirborði þegar búfjáráburður er borinn á við óheppilegar aðstæður (Hólmgeir Björnsson 2001), en mjög lítið ber á slíku í gögnunum hér. Topparnir að hausti og vetri benda frekar til þess að fosfór rík mold hafi skolast af yfirborði túnanna í mikilli úrkomu. Brennistein í jarðvegi nýta plöntur á formi súlfats. Súlfatið hripar hratt niður í jarðveg og skolast auðveldlega út (Bjarni Helgason 1994). Þessir eiginleikar skýra allmikla útskolun brennisteins af Hvanneyrartúnum.

Ekki er ljóst hvernig ferill vatnsins um jarðveginn til afrennslisskurða liggur og hve þykkt jarðvegssnið er að taka þátt í efnaskiptum við afrennslisvatnið. Þar hlýtur að koma við sögu breytileiki í árferði, hita og úrkomufar, þykkt svellalaga ofl. Samspil veðurfarsþáttanna vinds og úrkomu gæti verið mikilvægt, þ.e. með hvaða orku skella vatnsdroparnir á jarðaryfirborði. Stórviðri að vetri tengjast mikilli útskolun. Við fyrstu sýn virðist sem samband nýtanlegra næringarefna í jarðvegi og styrks og magns í afrennsli sé að mörgu leyti mjög óljóst.

Þessari rannsókn þarf að fylgja eftir með nákvæmari rannsókn þar sem afrennslisvatn frá enn betur afmörkuðu og einsleitu svæði yrði skoðað þar sem nákvæm skráning á jarðræktarathöfnum væri tengd inn í gagnasöfnun. Slíkar tilraunir þyrfti að gera við spildur með mismunandi jarðvegsgerð til samanburðar.

Þakkarorð

Framleiðnisjóður Landbúnaðarins fjármagnaði efnagreiningar, annan mælikostnað.ofl. Arngrímur Thorlacius og Baldur Vigfússon önnuðust efnagreiningar. Guðmundur Hallgrímsson aðstoðaði við afmörkun og skilgreiningu á athugunarsvæði. Jófríður Leifsdóttir aðstoðaði við sýnatöku. Vatnamælingar Orkustofnunar (Páll Jónsson og Gunnar Sigurðsson) önnuðust rennslismælingar og úrvinnslu rennslisgagna. Freysteinn Sigurðsson veitti einnig góð ráð. Frá Veðurstofu Íslands létu þeir Hreinn Hjartarson og Trausti Jónsson í té veðurgögn úr veðurmælingastöðinni á Hvanneyri. Öllum þessum aðilum er þakkað þeirra framlag.

Heimildir

Arngímur Thorlacius og Baldur J. Vigfússon 2004. Aðferðir við greiningu næringarsalta í afrennslisvatni frá landbúnaði [veggspjald]. Fræðaþing landbúnaðarins 2004 bls. 222-226..

Arnheiður Þórðardóttir og Þorsteinn Guðmundsson 1994. Jarðvegskort af Hvanneyri. Rit Búvísindadeildar 4, 44 bls. + 3 Kort.

Bjarni Helgason 1994. Brennisteinn í áburði og jarðvegi. Ráðunautafundur bls. 186-192.

Guðmundur Hrafn Jóhannesson og Björn Þorsteinsson 2002. Tap næringarefna og steinefna frá ræktarlandivegna afrennslis og útskolunar [veggspjald]. Ráðunautafundur 2002.

Hólmgeir Björnsson 2001. Viðhald næringarefna í túnrækt. Ráðunautafundur bls. 51-64.

Hólmgeir Björnsson, Guðni Þorvaldsson og Þorsteinn Guðmundsson 2001. Efnajafnvægi í langtímatilraun með tegundir nituráburðar á Skriðuklaustri [veggspjald]. Ráðunautafundur bls. 292-295.

ISO standards Handbook 16: "Measurement of liquid flow in open channels", International Organization for Standardization, Switzerland, 1983.

Magdoff F.R., Hryshko C., Jokela W.E., Durieux R.P. and Bu Y. 1999. Comparison of phosphorus soil test extractants for plant availability and environmental assessment. Soil Sci. Soc. Am. J. 63:999-1006.

Mengel K and Kirkby EA, 1987. Principles of plant nutrition. International Potash Institute Bern. ISBN 3 906 535 03 7

Reglugerð 804/1999 um varnir gegn mengun vatns af völdum köfnunarefnissambanda frá landbúnaði og öðrum atvinnurekstri.

Reglugerð 536/2001 um neysluvatn.

Sigurður Reynir Gíslason og Stefán Arnórsson 1988. Efnafræði árvatns á íslandi og hraði efnarofs. Náttúrufræðingurinn 58(4):183-197.

Sigurður Reynir Gíslason 1993. Efnafræði úrkomu, jökla, árvatns, stöðuvatna og grunnvatns á Íslandi. Náttúrufræðingurinn 63(3-4):219-236.

Þorsteinn Guðmundsson og Jóhannes Sigvaldason 2000. Túlkun og hagnýting jarðvegsefnagreininga. Ráðunautafundur bls. 132-137.

Þorsteinn Guðmundsson 1998. Næringarefni í jarðvegi- I Binding ferli og forði. Freyr 9/98:20-23