Tap næringarefna og steinefna frá ræktarlandi vegna afrennslis og útskolunar [veggspjald]

HöfundurÚtgefandiÚtgáfuárÚtgáfustaður
Guðmundur Hrafn Jóhannesson, Björn ÞorsteinssonBÍ, LBH, RALA2002Reykjavík
RitÁrgangurTölublaðBls.
Ráðunautafundur2002293-297

ghj&bth-poster.doc

YFIRLIT

Gerð var athugun á styrk næringar- og steinefna í afrennslisvatni af túnum á Hvanneyri. Sýni voru tekin annan hvern dag á tímabilinu 18. maí - 6. nóvember 2001 og efnagreind m.t.t. heildarstyrks 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 gefa til kynna lágan styrk meginnæringarefna (N,P,K) yfir hásprettutíma, en hærra magns utan þess tíma. Toppar í styrk efna í afrennslisvatni falla saman við storm- og úrkomuviðri. Miklan breytileika í efnastyrk, 23-faldan mun á hæsta og lægsta gildi á P og 255-faldan mun á há- og lággildi fyrir NO3-N+NH4-N má skýra með stórviðrum utan vaxtartíma plantna.

Styrkur Ca, Mg og Na jókst yfir sumartímann þegar raka- og hitastig í jarðvegi er hagfelldara örverustarfsemi en annan tíma árs.

INNGANGUR

Í jarðvegi er mikið magn efna bundið í lífrænum og ólífrænum efnasamböndum. Þar sem jarðvegur er nýttur sem ræktarland bætist við árlega allmikið magn næringarefna í formi áburðar. Ljóst er að aðeins hluti þeirra næringarefna sem borin eru á með lífrænum og tilbúnum áburði nýtist plöntum (Mengel og Kirkby 1987). Í núverandi ráðleggingum um notkun áburðar hér á landi er gert ráð fyrir að áborinn fosfór nýtist til vaxtar plantna eða bindist í jarðvegi, en mismikilli nýtingu kalís og köfnunarefnis eftir aðstæðum og áburðartíma (Magnús Óskarsson og Matthías Eggertsson 1991, Heimasíða Hollustuverndar 2001). Útskolun/afrennsli er almennt talið vera minniháttar og ekki til skaða fyrir umhverfi. Jafnvel er talið að hæfileg aukning næringarefna í sumum vatnasvæðum auki framleiðni þeirra (Friðrik Pálmason o.fl. 1989). Þær athuganir sem gerðar hafa verið á úrskolun efna frá votlendi hérlendis benda þó til að um nokkra útskolun næringarefna sé að ræða (Friðrik Pálmason 1980, Sturla Friðriksson o.fl. 1978). Hérlendis hefur tap af ræktarlandi verið metið og er áætlað vera 5-20% af ábornu N og um 2% af ábornu P (Friðrik Pálmason o.fl. 1989). Fyrir utan næringarefnatap á ólífrænu formi úr jarðvegi er einnig um einhverja útskolun af lífrænu efni að ræða sem hefur í sér bundin næringarefni.

Uppruni þessara efna er að nokkru tengdur berggerð jarðgrunns, þar sem basalt er algengt hérlendis, og veðrunarhraða hans sem hefur sýnt sig að vera tiltölulega hraður (Sigurður Reynir Gíslason o.fl. 1996). Magn kalí, kalsíum og magnesíum í mýrarjarðvegi hérlendis er talsvert og ástæða til þess að ætla að það geti skolast úr jarðvegi eftir að framræsla hefur átt sér stað (Arnheiður Þórðardóttir og Þorsteinn Guðmundsson 1994).

Styrkur næringarefna sem ekki eiga uppruna í áburði, heldur í berggrunni landsins, er talsverður í straumvatni og stöðuvötnum á Íslandi. Hér er um að ræða nokkurn fjölda frumefna sem finnast í íslensku bergi, t.d. natríum (Na), kalí (K), kalsíum (Ca), brennistein (S), fosfór (P) og magnesíum (Mg) (Sigurður Reynir Gíslason og Stefán Arnórsson 1988). Þar sem jarðvegur er að nokkrum hluta, mismiklum eftir jarðvegsgerð, myndaður úr berggrunni er áhugavert að kanna hve útskolun á þessu efnum er mikil úr ræktarlandi. Þegar jarðvegur er framræstur og/eða tekin til ræktunar eykst loftun jarðvegsins og þar með lífsstarfsemi sem brýtur niður lífrænt efni og breytir næringar- og steinefnum yfir á auðleyst form. Slíkt eykur frjósemi jarðvegsins, en eykur einnig hættu á útskolun og afrennsli, sérstaklega utan vaxtartíma plantna (Hólmgeir Björnsson 2001).

Köfnunarefni er það næringarefni sem hættast er við tapi á frá landbúnaði. Það er tiltölulega auðleyst í jarðvegi, notað í allmiklu magni í hefðbundnum landbúnaði og getur haft mikil áhrif á vöxt lífvera og plantna í grunnvatni og yfirborðsvatni á vatnasvæðum sem affallsvatn frá ræktarlandi fellur í. Einnig getur nítrat í neysluvatni valdið eitrunareinkennum, einkum í ungum börnum (Tannenbaum o.fl. 1978).

Fosfór hefur ekki verið talið auðleystur né hættulegur umhverfi, en rannsóknir á síðari árum benda til þess að e.t.v. sé ástæða til þess að beina nánari athygli að þætti þess í s.k. ofauðgun, sem víða er vandamál tengt landbúnaði (t.d. Daniel o.fl. 1994).

Umhverfismálum tengdum landbúnaði er gefin meiri gaumur á seinni árum og kröfur um sjálfbærni hans hafa aukist (Hólmgeir Björnsson 2001). Áhugi hefur aukist á því að öðlast meiri yfirsýn yfir einstaka þætti í hringrás næringarefna innan búa og auka nýtingu þeirra (de Walle og Sevenster 1998, Þóroddur Sveinsson 1998). Almennt má segja að landbúnaður í náinni framtíð verður að taka umhverfismál inn sem reglulegan og gildan þátt í daglegum rekstri (Kirchman og Thorvaldsson 2000). Þá hafa erlend áhrif á mótun reglna hérlendis aukist og því mikilvægt að afla gagna um þennan þátt jarðræktarinnar sem hefur bæði efnahagslega og umhverfislega þýðingu.

Tilgangur þessarar athugunar er að meta magn næringarefna og steinefna sem berst frá ræktarlandi með afrennslisvatni, áhrifaþætti þar á og áhrif taps á umhverfi og rekstur landbúnaðar.

EFNI OG AÐFERÐIR

Athugunin fór fram á Hvanneyri í Borgarfirði, en þar eru um margt ákjósanlegar aðstæður fyrir rannsókn sem þessa, og ráða eftirfarandi atriði nokkru þar um:
    · Mestallt ræktað land er framræst og þannig hagar til að mikill hluti framræsluvatns safnast saman í einn farveg sem síðan rennur í Andakílsá. Rennslismælingar og sýnataka fóru fram við útfall frárennslisvatns af athugunarsvæði. Túnin sem eru innan mælingarsvæðis, um 65 ha alls, eru nýtt á margan hátt; til sláttar og/eða beitar, kornræktar, jarðvinnsla er árviss þáttur og sum eru undir skjólbeltarækt.

    · Allmikil þekking er fyrir hendi á jarðvegseiginleikum og nýtingarsögu túna sem eru innan athugunarsvæðis (t.d Arnheiður Þórðardóttir og Þorsteinn Guðmundsson 1994).

    · Á Hvanneyri er veðurathugunarstöð á vegum Veðurstofu Íslands, þannig að möguleiki myndast á því að færa niðurstöður inn í reiknilíkön og kanna áhrif veðurfars á næringarefnatap (t.d. Dickinson 1984).
Regluleg sýnataka framræsluvatns hefur farið fram annan hvern dag frá 14. maí til 6. nóv. 2001. Við töku sýna var mælt sýrustig, rafleiðni og vatnshiti. Efnagreiningar voru gerðar á Efnagreiningum Keldnaholti á heildarmagni eftirtalinna efna: köfnunarefni (N), fosfór (P), kalí (K), kalsíum (Ca), magnesíum (Mg), natríum (Na) og brennisteini (S). Einnig var mælt form næringarefna; magn ólífræns köfnunarefnis (NH4-N+NO3-N) og fosfórs (PO4-P). Magn N á lífrænu formi er talið vera mismunur á heildarmagni og magni ólífræns N. Magnmæling á framræsluvatni með sírita var framkvæmd af Vatnamælingum Orkustofnunar.

NIÐURSTÖÐUR OG ÁLYKTANIR

Þau gögn sem hér um ræðir eru frumgögn, fyrri hluti gagnasafns í árs rannsókn. Enn vantar gögn um rennslismagn af athugunarsvæði og veðurgögn frá veðurathugunarstöð. Umtalsverðar sveiflur eru í styrk efna yfir tímabilið (30. apríl - 6. nóvember 2001), t.d. er um 23-faldur munur á hæsta og lægsta gildi á P og 255-faldur munur á há- og lággildi fyrir NO3-N+NH4-N. Veðurskráningar, byggðar á skynmati, sem gerðar voru við sýnatöku gefa til kynna að þessar sveiflur tengdist veðurfari, einkum úrkomu, en einnig vindstyrk og hitastigi.

Hvað varðar meginnæringarefni er ljóst að um hásprettutíma er greinileg lægð í magni N, P og K í afrennslisvatni, en þegar líður á haust (og að vori sömuleiðis) er aukning á styrk þessara efna í skurðavatni, þrátt fyrir væntanleg þynningaráhrif vegna aukins vatnsmagns á þessum árstímum (1. mynd). Hætta á stórfelldu tapi N, P og K virðist tengd úrhellisrigningum og e.t.v. vindstyrk sem leiða til útskolunar og taps á jarðvegsefni utan vaxtartíma plantna og/eða þar sem um opin flög er að ræða. Styrkur P er lægstur af þessum þrem meginnæringarefnum, sem er í samræmi við þá eiginleika P að styrkur uppleysts P í jarðvegsvatni er tiltölulega lítill og P binst tiltölulega fast lífrænu og ólífrænu efni í jarðvegi. Í þrjá mánuði, frá 15. maí til 15. ágúst, má heita að styrkur P við útfall afrennslisvatns af athugunarsvæði sé ómæl-anlegur, þ.e neðan greiningarmarka. K er tiltölulega mjög hreifanlegt í jarðvegi og tapast því auðveldlega, í þessari athugun er styrkur þess hærri en N og P allt tímabilið. N er einnig tiltölulega hreifanlegt, sérstaklega ólífrænt N og því hætta á tapi af svipuðum ástæðum og K. Svo virðist sem mjög lítið ólífrænt N tapist um hásprettutíma, en styrkur lífræns N í afrennslisvatni er mun hærri það tímabil (júní - ágúst) (2. mynd). Þessar niðurstöður eru í samræmi við niðurstöður annarra athugana af svipuðum toga (Hólmgeir Björnsson 2001).



1. mynd. Styrkur N,P og K í afrennslisvatni ræktarlands.


Hvað varðar Ca, Mg, Na og S þá er um annað mynstur að ræða. Frá vori til hausts er meira magn sem verður hreifanlegt en annan tíma árs. Ástæða þess kann að vera aukin loftun og hærra hitastig í jarðvegi, sem örvar örverustarfsemi um sumar og meira magn er losað í jarðvegi en plöntur geta umsett. Að magni til er losun þessara efna mun meiri en meginnæringarefna, en upptaka mun minni. Brennisteinn sker sig að nokkru úr þessum hópi efna þar sem losun á því er minni en hinna og eykst að hausti. Ástæðan gæti verið sú að örverur sem sjá um losun þess uni sér betur í súrefnissnauðu umhverfi. Svo er að sjá að stórrigningar virðist ekki hafa áhrif á losun þessara efna (Ca, Mg, Na, S), fall í styrk þessara efna, t.d. þann 9. september, má skýra sem þynningaráhrif.


2. mynd. Tap N af ræktarlandi og skipting þess í ólífræna og lífrænan hluta.


ÞAKKARORÐ

Þessi rannsókn var gerð möguleg með styrk frá Framleiðnisjóði landbúnaðarins.

HEIMILDIR

Arnheiður Þórðardóttir & Þorsteinn Guðmundsson, 1994. Jarðvegskort af Hvanneyri. Rit Búvísindadeildar nr 4. Bændaskólinn á Hvanneyri, 44 s.

Daniel T.C., Sharpley, A.N., Edwards, D.R., Wedepohl, R. & Lemunyon, J.L., 1994. Minimizing surface water eutrophication from agriculture by phosphorus management. Journal of Soil and Water Conservation 49: 30-38.

de Walle, F.B. & Sevenster, J., 1998. Agriculture and the environment: minerals, manures and measures. Kluwer Academic Publishers, 211 s.

Dickinson, W.T., 1984. Determination of runoff from agricultural areas. Ontario Ministry of Agriculture and Food. Publication 52. Ontario Ministry of Agriculture and Food, Ontario, Canada, 25 s.

Friðrik Pálmason, 1980. Efnamagn í vatni í aðrennslislækjum og frárennslisskurðum í Hestmýrinni. Í: Rannsóknir á mýrlendi IV. Fjölrit Rala nr 67, 25-44.

Friðrik Pálmason, Gunnar Steinn Jónsson, Magnús Óskarsson & Þorsteinn Guðmundsson, 1989. Landbúnaðurinn og umhverfið. Ráðunautafundur 1989, 167-187.

Heimasíða Hollustuverndar, 2002. Starfsreglur um góða búskaparhætti. http://www.hollver.is/mengun/ Upplysingar/utg/buskap.pdf, 15. janúar.

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

Kirchman, H. & Thorvaldsson, G., 2000. Challenging targets for future agriculture. European Journal of Agronomy 12: 145-161.

Magnús Óskarsson & Matthías Eggertsson, 1991. Áburðarfræði. Búnaðarfélag Íslands, 135 s.

Mengel, K. & Kirkby, E.A., 1987. Principles of plant nutrition. International Potash Institute, Bern, Switzerland, 687 s.

Sigurður Reynir Gíslason & Stefán Arnórsson, 1988. Efnafræði árvatns á Íslandi og hraði efnarofs. Náttúrufræðingurinn 58: 183-197.

Sigurður Reynir Gíslason, Stefán Arnórsson & Halldór Gíslason, 1996. Chemical weathering of basalt in southwest Iceland: effects of runoff, age of rocks and vegetative/glacial cover. American Journal of Science 296: 837-907.

Sturla Friðriksson, Árni Bragason & Guðmundur Halldórsson, 1978. Hestvist ´77. Fjölrit RALA nr 31, 7-31.

Tannenbaum, S.R., Fett, D., Young, V.R., Lan, P.D. & Bruce, W.R., 1978. Nitirite and Nitrate are formed by endogenous synthesis in the human intestine. Science 200: 1487-1488.

Þóroddur Sveinsson, 1998. Næringarefnabókhald fyrir kúabú. Ráðunautafundur 1998, 124-140.

Þorsteinn Guðmundsson, 1998. Næringarefni í jarðvegi, I - binding, ferli og forði. Freyr 98(9): 20-23.