Robert Barneveld

Forsker

(+47) 968 51 427
robert.barneveld@nibio.no

Sted
Ås - Bygg O43

Besøksadresse
Oluf Thesens vei 43, 1433 Ås (Varelevering: Elizabeth Stephansens vei 23)

Sammendrag

Denne rapporten beskriver alle prosesser som er utarbeidet innenfor datafangst, dataforvaltning, bearbeiding og analyse samt formidling i implementeringsfasen av et nytt jordovervåkingsprogram for jordbruksjord i Norge. Rapporten inneholder detaljerte planer for hvordan jordinformasjon fra ulike indikatorer skal innhentes, analyseres og bearbeides slik at tilstand og endring i jordsmonnet kan overvåkes. Programmet vil danne grunnlaget for landsdekkende jordinformasjon som muliggjør en vurdering av jordsmonnets status og endring for de fem truslene man har identifisert for norsk jordbruksjord: erosjon, jordpakking, tap av organisk materiale, tap av jordbiodiversitet og forurensning.

Sammendrag

Tap av organisk materiale, jordpakking og erosjon truer jordhelsa på kornareal. Problemer med dette vil antagelig øke i et våtere klima og medføre store kostnader for både gårdbrukere og samfunn. Fremover må vi passe på å stabilisere erosjonsutsatt jordoverflate og sikre en god infiltrasjon av nedbør. På kornareal er lav årlig tilførsel av karbon en begrensende faktor for aggregering og stabilisering, men dette kan forbedres ved å beholde halmen på jordet eller bruke en tilpasset fangvekststrategi. En bør trolig skjevfordele tilført organisk materiale mer mot jordas overflate og dermed stimulere mikrobiell aktivitet i jordas toppsjikt. Da må en minimere jordarbeidingsintensiteten. Slik redusert jordarbeiding fører også til utvikling av et kontinuerlig poresystem nedover i profilet som kan øke infiltrasjonen etter kraftige nedbørsepisoder og dermed bidra til å dempe flomtopper. Store mengder plantemateriale ved jordoverflaten gir imidlertid også noen utfordringer. Det trengs økt kunnskap om ugrasbekjempelse, spesielt i et scenario der glyfosat blir forbudt. Minimal jordarbeiding med planterester på jordoverflaten kan også øke angrep av sopp. Integrerte plantevernstrategier bør identifisere arter og sorter av matplanter og fangvekster som kan bidra til å begrense forekomst av patogener i jord og halmrester. Bedre jordhelse på kornareal er en tverrfaglig utfordring og krever en varig endring av dagens dyrkingspraksis.

Sammendrag

I forbindelse med nydyrking på eiendom med bruksnummer og gårdsnummer 163/5 og 163/11 i Nes kommune er NIBIO engasjert for å planlegge og prosjektere fangdammer som skal rense avrenningsvann fra landbruksområdet som drenerer til bekken Drogga. Målet med anleggelsen av fangdammer er å minimere avrenning, forurensingseffekt og flompåvirkning på Drogga. Planlegging og detaljprosjektering av fangdammene er gjort med hensyn til nedbørsfeltet, terreng og perioder med flom. Det er prosjektert tre fangdammer, to sedimentasjonsdammer og sedimentasjonsdam med våtmarksfilter. Fangdamsystemet følger et søkk i terrenget hvor vannet naturlig drenerer mot. Sedimentasjonsdammene har areal på 1,9 og 1,2 daa og sedimentasjonsdammen med våtmarksfilter har et areal på 1 daa. Dette gir et samlet fangdamareal på 4,1 daa som oppfyller anbefaling om størrelse på fangdamareal i forhold til tilførende areal for avrenning.

Sammendrag

I denne rapporten er det gjort rede for hvordan en kan etablere jordbruksareal ved Riisplass (Riis gård) ved mottak av jordsmasser fra utbyggingsprosjekter. Området som tiltaket er planlagt gjennomført på er historisk sett åpent område med beitemark rundt husmannsplasser. Etter at husdyrholdet er avviklet ved gården, har store deler av området blitt tilplantet av gran, som nå utgjør svært tette granbestand. Ved det planlagte tiltaket vil området igjen fremstå som et jordbrukslandskap der gamle eiketrær vil bli langt mer fremtredende i landskapet enn i dag. Metodikken for sjiktvis oppbygging av jordsmonn uten komprimering med tunge anleggsmaskiner forventes å gi produktivt fulldyrket jordbruksareal med god arrondering. Ut overdet planlagte tiltaket er det identifisert muligheter for naturrestaurering utenfor tiltaksområdet som gjenskaper biologisk mangfold i og rundt en dam, som nå er gjenfylt og tilplantet med gran.

Sammendrag

I denne rapporten har vi beskrevet eksisterende modeller for nasjonale beregninger av jordbrukets tilførsler av nitrogen og fosfor til små jordbruksbekker. Det er også beskrevet hvordan jordtap, tap av organisk materiale og fraksjoner av nitrogen og fosfor kan inkluderes i en nasjonal modell. Det er videre beskrevet hvordan disse modellene kan oppdateres og videreutvikles for å gi et best mulig grunnlag for å representere effekt av driftsendringer i jordbruket og jordbrukets gjennomføring av vannmiljøtiltak. Det er dessuten inkludert en beskrivelse av tilgangen til nasjonale inputdata og behovet for utvidelse og forbedring av slike databaser.

Til dokument

Sammendrag

Key words: VKM, risk assessment, Norwegian Scientific Committee for Food and Environment, Norwegian Environment Agency, potential toxic elements (PTEs), fertiliser, soil improver, fertiliser products, growing media, circular economy, circulation of organic fertilisers, arsenic (As), cadmium (Cd), chromium Cr(tot) (Cr(III) and Cr(VI)), copper (Cu), lead (Pb), mercury (Hg), nickel (Ni), zinc (Zn). Background and purpose of the report The potentially toxic elements (PTE) arsenic (As), cadmium (Cd), chromium Cr(tot) (Cr(III) and Cr(VI)), copper (Cu), lead (Pb), mercury (Hg), nickel (Ni) and zinc (Zn) occur as ingredients or contaminants in many fertilisers, soil improvers, engineered soil and growing media. Application of these fertiliser products might represent a risk towards the environment, farm animals and humans, particularly when applied annually over several years. The present risk assessment evaluates the application of selected fertilisers according to certain scenarios for representative Norwegian agricultural areas, from Troms in the North to Ås in Southeastern and Time in Southwestern Norway, with different soil properties, precipitation and PTE concentration in present agricultural soil. There is an increasing trend to produce locally (e.g. in urban farming) and home-grown vegetables that are cultivated in engineered soil and growth media. The maximum levels (MLs) set for PTEs in different organic fertilisers, engineered soil and growing media for use in urban farming, home growing and the cultivation of vegetables and garden fruits, and a set of MLs also for application in agricultural cultivation of crops, have been evaluated. Environmental fate processes and the transfer of PTEs have been modelled and the environmental risks for terrestrial and aquatic organisms, including from secondary poisoning have been estimated. Potential risks to humans and farmed animals by increased exposure to PTEs from, respectively, agriculturally produced crops, vegetables cultivated at home and urban farming or forage and grazing have been evaluated. The recycling of nutrients is urgently needed to achieve circular economy, but the derived sustainable products have to be safe, which requires the introduction of and adherence to science-based maximum levels of unwanted substances (e.g. pollutants). This assessment evaluates consequences of the application of different fertiliser products: mineral P fertilisers, manure from cattle, pig, poultry and horse, fish sludge, digestates and sewage sludge - in order to identify PTE sources with potential environmental, animal and human health risks, and to evaluate the appropriateness of the current MLs regarding different applications of organic-based fertilisers, engineered soil and growing media at present, and in a 100-year perspective. Approach and methods applied The approach for environmental and health risk assessments builds on previous work performed for hazardous substances in soil (e.g. VKM 2019, VKM 2014, VKM, 2009, Six and Smolders, 2014). Concentrations of PTEs in soil over time were calculated using a mass balance model, which considers the input by atmospheric deposition, use of fertilisers and soil improvers, as well as loss by leaching, run-off and plant uptake. The resulting first-order differential equation was solved analytically and implemented into Excel®. Run-off and loss by leaching were estimated from data on precipitation, infiltrating fraction and run-off fraction of the water under consideration of the distribution coefficient Kd for the concentration ratio of bulk soil-to-water. This Kd value takes aging sufficiently into account and is thus more realistic than those derived from batch tests. The Kd was estimated separately for each region using established regression equations, with soil pH, organic matter content and clay content as predictors. ...........

Til dokument

Sammendrag

Increased nutrient and soil losses from agricultural areas into water bodies constitute a global problem. Phosphorus is one of the main nutrients causing eutrophication in surface waters. In arable land, phosphorus losses are closely linked to sediment losses. Therefore, a better understanding of the sediment-runoff processes in agricultural areas is a key to reduce the eutrophication impacts and to implement mitigation measures. The objectives of this study were to identify dominant sediment runoff processes in cultivated grain-dominated catchments in a cold climate. We assessed continuous high-resolution turbidity data, temporal and spatial catchment properties and agricultural management data to describe and get a better understanding of the cause-relationship of sediment transfer in two small agricultural dominated catchments in southern Norway. The concentration-discharge pattern, index of connectivity and agricultural activities were considered with the wider aim to establish a link between field and catchment scale. The results showed that the dominant concentration-discharge pattern was a clockwise concentration-discharge (c-q) hysteresis in both catchments indicating that areas close to or in the stream gave the highest contribution to turbidity. The main driver for turbidity was discharge, though soil water storage capacity, rain intensity and former discharge events also played a role. Intensity of soil tillage and index of connectivity (likelihood of water and particles to be transported to the stream) impacted the c-q hysteresis index. Little vegetation cover and high intensity of soil tillage led to a high hysteresis index, which indicates a quick increase in turbidity following increased discharge. Other links between agricultural management and in stream data were difficult to interpret. The findings of this study provide information about discharge, field operations and vegetational status as drivers for turbidity and about the spatial distribution of sediment sources in two agricultural catchments in a cold climate. The understanding of sediment runoff processes is important, when implementing management actions to combat agricultural emissions to water most efficiently.

Sammendrag

Flom er et utbredt problem i Norge, særlig i snøsmeltingsperioder om våren og ved store nedbørsmengder om høsten. Klimaendring i Norge betyr at det kan forventes større nedbørsmengder og høyere nedbørintensitet. Dermed økes risikoen for både flom og erosjon, som fører til større skaderisiko for samfunnet. I små nedbørfelt er fordrøyningsdammer mest effektive for å redusere flomtoppene. Fordrøyningsdammene sitt formål er å håndtere kraftige nedbørepisoder for å forhindre flom og erosjon. Vannområdene Morsa, Glomma sør, Haldenvassdraget og Øyeren ønsker i samarbeid med NIBIO en tiltaksgjennomføring i landbruket for a dempe flomtoppene og unngå erosjon. Prosjektet har som mål å bidra til at tiltak forskningen har funnet effektive, blir tatt i praktisk bruk. Aktuelle områder ble identifisert med bruk av en beslutningssystem. Terrenganalysen resulterte i totalt 492 potensielle lokaliteter i de fire vannområdene. I mars 2019 har prosjektgruppen vurdert lokale forhold og egnethet til åtte potensielle lokaliteter i Spydeberg, Hobøl og Trøgstad kommune. Basert på feltvurderingen og samtale med grunneiere er det 4 områder som er aktuelt å jobbe videre med. En terrenganalyse på denne romslige skalaen gir et bra utgangspunkt for vurdering av enkelte lokaliteter. Feltbesøk har vist at plasseringer av damarealet som resultat av modellen ofte er riktige. En beregning av avrenning med bruk av LISEM modellen viste at for 3 av 4 feltene fordøyningsområder med demning var svært effektive for å redusere flomtoppen, særlig for relativ mindre nedbørsepisoder. For ett av feltene ble det funnet en liten effekt, antakeligvis på grunn av en lokal forsenkning i terrenget oppstrøms av dammen.

Sammendrag

Et av de viktigste vannmiljøtiltakene i landbruket er tilskudd til overvintring i stubb («ingen jordarbeiding om høsten»). Tilskuddssatsene har variert over tid og regionalt. Det har dessuten vært forskjell på tilskudd til arealer i ulike erosjonsklasser og siden 2013 har det vært fokus på å øke tilskuddene til arealer med høy erosjonsrisiko og redusere eller fjerne tilskudd på arealer med lav erosjonsrisiko. De varierende tilskuddsordningene sammen med værforholdene de enkelte årene har hatt betydning for hvor store arealer som har blitt jordarbeidet om høsten...….

Sammendrag

Erosjon fører til at næringsrike jordpartikler kommer ut i vassdragene våre. Det kan føre til overgjødsling og algeoppblomstring, i tillegg til at matjorda gradvis forsvinner. Det er flere tiltak som kan gjennomføres for å begrense erosjon og tap av næringsstoffer fra jordbruksareal.

Sammendrag

Flom er et utbredt problem i Norge, særlig i snøsmeltingsperioder om våren og ved store nedbørsmengder om høsten. Klimaendring i Norge betyr at det kan forventes større nedbørsmengder og høyere nedbørintensitet. Dermed økes risikoen for både flom og erosjon, som fører til større skaderisiko for samfunnet. I små nedbørfelt er fordrøyningsdammer mest effektive for å redusere flomtoppene. Fordrøyningsdammene sitt formål er å håndtere kraftige nedbørepisoder for å forhindre flom og erosjon. Vannområdene Morsa, Glomma sør, Haldenvassdraget og Øyeren ønsker i samarbeid med NIBIO en tiltaksgjennomføring i landbruket for a dempe flomtoppene og unngå erosjon. Prosjektet har som mål å bidra til at tiltak forskningen har funnet effektive, blir tatt i praktisk bruk. Aktuelle områder ble identifisert met bruk av en beslutningssystem. Terrenganalysen resulterte i totalt 492 potensielle lokaliteter i de fire vannområdene. I mars 2019 har prosjektgruppen vurdert lokale forhold og egnethet til åtte potensielle lokaliteter i Spydeberg, Hobøl og Trøgstad kommune. Basert på feltvurderingen og samtale med grunneiere er det 4 områder som er aktuelt å jobbe videre med. En terrenganalyse på denne romslige skalaen gir et bra utgangspunkt for vurdering av enkelte lokaliteter. Feltbesøk har vist at plasseringer av damarealet som resultat av modellen ofte er riktige.

Sammendrag

Noen av vassdragene på Smøla er påvirket av landbruksforurensing, i hovedsak fosfor og organiske partikler som fører til at vassdragene gror igjen, noe som gir dårligere forhold for ørret. Rapporten skisserer 5 konstruerte våtmarker/fangdammer som skal kunne holde tilbake næringsstoffer og fosfor. Våtmarkene er plassert i vassdrag med stor andel dyrka jord i nedbørfeltet. Våtmarkene består i hovedsak av et dypere sedimentasjonsbasseng, fulgt av et grunt vegetasjonsfilter med våtmarksvegetasjon.

Til dokument

Sammendrag

Measures designed to control erosion serve two purposes: on site (reduce soil loss) and off site (reduce sediment delivery to streams and lakes). While these objectives often coincide or at least are complementary, they could result in different priority areas when spatial planning is concerned. Prioritising for soil loss reduction at the field level will single out areas with high erosion risk. When sediment flux at the catchment scale is concerned, sediment pathways need to be identified in ex ante analyses of soil conservation plans. In Norway, different subsidy schemes are in place to reduce the influx of solutes and sediments to the freshwater system. Financial support is given to agronomic measures, the most important of which is reduced autumn tillage where areas with higher erosion risk receive higher subsidies. The objectives of this study are (1) to assess the use of an index of connectivity to estimate specific sediment yields, and (2) to test whether conservation measures taken in critical source areas are more effective than those taken at where erosion risk levels are the highest. Different modelling approaches are combined to assess soil loss at catchment level from sheet and gully erosion and soil losses through the drainage system. A calibration on two parameters gave reasonable results for annual soil loss. This model calibration was then used to quantify the effectiveness of three strategies for spatial prioritisation: according to hydrological connectivity, sheet erosion risk level and estimated specific sediment yield. The latter two strategies resulted in a maximum reduction in total soil loss due to reduced autumn tillage of 10%. Both model performance and the effectiveness of the different prioritisation strategies varied between the study catchments.

Til dokument

Sammendrag

Knowledge of soil microtopography and its changes in space and over time is important to the understanding of how tillage influences infiltration, runoff generation and erosion. In this study, the use of a terrestrial laser scanner (TLS) is assessed for its ability to quantify small changes in the soil surface at high spatial resolutions for a relatively large surface area (100 m2). Changes in soil surface morphology during snow cover and melt are driven by frost heave, slaking, pressure exertion by the snowpack and overland flow (erosion and deposition). An attempt is undertaken to link these processes to observed changes at the soil surface. A new algorithm for soil surface roughness is introduced to make optimal use of the raw point cloud. This algorithm is less scale dependent than several commonly used roughness calculations. The results of this study show that TLSs can be used for multitemporal scanning of large surfaces and that small changes in surface elevation and roughness can be detected. Statistical analysis of the observed changes against terrain indices did not yield significant evidence for process differentiation.

Sammendrag

Liermåsan like nord for Bjørkelangen er et torvuttak som er under avslutning på ca 1,2 km2. Lierelva renner forbi torvuttaket og rett inn i Bjørkelangen sentrum. Området har problemer med flom, og rapporten har utredet potensialet og metoder for hvordan Liermåsan kan brukes til fordrøyning for å dempe flommene. Areal- og volumberegninger viser at Liermåsan kan lagre fra ca 165000 m3 til ca 2400000 m3 etter hvor omfattende tiltak som gjøres. For å redusere en 20-årsflom til en 10-årsflom i en time trengs 26640 m3, for ett døgn ca 640000 m3. Tilsvarende kan en redusere en 100-årsflom til en 50-årsflom i en time med 35000 m3. Dette viser at arealet har potensiale for å dempe flomtoppene.....

Sammendrag

The moisture status of the upper 10cm of the soil profile is a key variable for the prediction of a catchment's hydrological response to precipitation, and of pivotal importance to the estimation of trafficability. Prediction, and even mapping, of topsoil water content is complicated, not in the least because of its large spatial heterogeneity. In IRIDA, an EU/JPI project, measurements, models and weather predictions will be applied to estimate the soil moisture status at the sub-field scale in near-real time. The project is in its early stages, during which the relevant parameters will be selected that will allow for soil moisture mapping on agricultural fields at a 10 m resolution.

Sammendrag

Rapporten gir resultatene av en multiparameteranalyse av vannkjemi (næringsstoffer og suspendert sediment) og om lag 20 ulike feltkarakteristika i leirvassdrag. Korrelasjonsmatrisene viser at det i overveiende grad er leirdekningsgrad som påvirker fosfornivået i skogsvassdrag, og leirdekningsgrad sammen med andel jordbruksareal i vassdrag med jordbruksaktivitet i nedbørfeltet. Resultatene er av betydning for gjennomføringen av vannforskriften, og er benyttet som grunnlag for anbefalinger om referansetilstand i leirvassdrag.

Sammendrag

Knowledge of hydrological processes and water balance elements are important for climate adaptive water management as well as for introducing mitigation measures aiming to improve surface water quality. Mathematical models have the potential to estimate changes in hydrological processes under changing climatic or land use conditions. These models, indeed, need careful calibration and testing before being applied in decision making. The aim of this study was to compare the capability of five different hydrological models to predict the runoff and the soil water balance elements of a small catchment in Norway. The models were harmonised and calibrated against the same data set. In overall, a good agreement between the measured and simulated runoff was obtained for the different models when integrating the results over a week or longer periods. Model simulations indicate that forest appears to be very important for the water balance in the catchment, and that there is a lack of information on land use specific water balance elements. We concluded that joint application of hydrological models serves as a good background for ensemble modelling of water transport processes within a catchment and can highlight the uncertainty of models forecast.

Til dokument

Sammendrag

Vassdraget Hæra er sterkt endret ved senking, og ligger dermed dypt i terrenget. Langs vassdraget er det leir- og siltjord, og det er kraftig erosjon på grunn av utglidninger i de bratte sidene. Bioforsk foreslår steinsetting av nedre del av kanalsidene på deler av strekningen, og slakere helling ovenfor steinsettingen. Det foreslås også stell av trær som legger seg ut i elva, vegetasjonssoner på kantene og tiltak i utløp av ledninger og overflateavløp.

Sammendrag

Tilskuddssystemet for tiltak mot jordtap har vært på plass i flere år. Tidsseriene i JOVA-databasen viser at andel areal under høstpløying har minket i samme periode. Selv om høstpløying er erstattet av jordarbeidingstyper som reduserer jordens eroderbarhet, registreres det ikke en negativ tendens i jordtapstallene på nedbørfeltnivå. Erosjonsrisiko gjennom årene er antatt å variere med to parametere: klima og jordarbeiding. Ved bruk av data tilgjengelig i JOVA-databasen er det mulig å kvantifisere jordarbeidingens effekt på erosjonsrisiko og å skille den fra værets variabilitet gjennom årene. Den foreliggende metode krever finjustering men en første analyse viser at været har større effekt på jordtap enn jordarbeiding. Resultatene viser at korrelasjon mellom sedimenttap og erosivitet er mer tydelig enn korrelasjon mellom sedimenttap og jordarbeidingsfaktor, og det kan derfor se ut til at værforhold er viktigere enn tiltak. Men ser vi på de to faktorene i sammenheng er ikke lenger bildet så tydelig. Det er behov for ytterlige undersøkelser før sikre konklusjoner kan trekkes.