Tiltak mot fosfor- og nitrogenavrenning i et endret klima: konflikter og synergier (Mitigation measures for phosphorus and nitrogen under changing climate: conflicts and synergies)

Sammendrag

Næringsstoffer fra jordbruket er en viktig årsak til eutrofiering i norske vannforekomster. Vi har oppsummert resultater fra 8 ruteforsøk, 6 småfelter og 7 nedbørfelt (figur 1 & figur 2) for å vurdere effekten av ulike vannmiljøtiltak på tap av nitrogen (N) og fosfor (P) samt på N/P-forholdet. Tiltakene omfatter gjødsling, jordarbeiding (inkludert direktesåing), fangvekster, dyrkingssystemer, grasdekte arealer og fangdammer. Resultatene viser at næringsstofftap fra jordbruksarealer varierer betydelig mellom lokaliteter, produksjonssystemer og driftspraksiser, og at hydrologi, jordegenskaper og agronomiske tiltak samlet bestemmer størrelsen på tapene. TP-tap styres i stor grad av erosjonsnivå og P-status i jorda, mens TN-tap hovedsakelig påvirkes av jordtype, avrenningsvolum og N-gjødsling/balanse. Grøfteavrenning dominerte TN-tap i alle systemer og TP-tap i felt med eng, samt felt med korn der det var lite helling og/eller lite erosjon. Samlet viser resultatene at effektiv reduksjon av næringsstofftap krever en integrert tilnærming som tar hensyn til samspillet mellom jordtype, klima, hydrologi og agronomisk praksis. Tiltak som over tid gir størst og mest konsistent reduksjon i næringsstofftap, er (i) å ikke jordarbeide om høsten (overvintring i stubb eller eng), (ii) presisjonsgjødsling og langsiktig balansert gjødsling, (iii) bruk av fangvekster der forholdene ligger til rette, og (iv) god erosjonskontroll, særlig på leirjord. Fremtidig forvaltning bør bygge på helhetlige vurderinger av både lokale og systemomfattende forhold, støttet av langtidsovervåking som kan fange opp trege responser i jord og vann. Les hele rapporten for å få detaljerte resultater.

Næringsstofftap fra konvensjonelle systemer

På rute- og småfeltskala besto de 14 lokalitetene av 17 konvensjonelle systemer med unike lokaliteter og jordtyper, 10 for kornproduksjon og 7 for grasproduksjon. Et konvensjonelt kornsystem betyr høstpløying til vårkorn med mineralgjødseltilførsel om våren, for rutefelt representert ved dataene fra forsøksledd med høstpløying, og for småfelt representert ved data fra årene med høstpløying. Et konvensjonelt grassystem betyr grasproduksjon med bare husdyrgjødsel eller en kombinasjon av husdyrgjødsel og mineralgjødsel. For kornsystemene varierte gjennomsnittlig årlig TP-tap i overvåkingsperioden fra 0,02 kg/daa på Bye til 0,69 kg/daa på Askim (figur 3). For grassystemene varierte gjennomsnittlig årlig TP-tap fra 0,004 kg/daa fra siltig sand på Særheim til 0,21 kg/daa på Skjetlein. For nitrogen varierte gjennomsnittlig årlig tap fra 1,49 kg/daa på Kvithamar til 4,63 kg/daa på Syverud for korn, og fra 0,72 kg/daa på Skjetlein til 6,75 kg/daa på Fureneset torvjord for eng. Grøfteavrenning var viktigst for TN-tap i alle systemene, men spilte også en nøkkelrolle for TP-tapene (figur 3). På nedbørfeltskala var gjennomsnittlig årlig TP-tap for hele overvåkingsperioden fra 0,02 kg/daa i Volbu, som hadde ekstensiv husdyrproduksjon, til 0,39 kg/daa i Vasshaglona, som var dominert av intensiv potet- og grønnsaksproduksjon (figur 3). Gjennomsnittlig årlig TN-tap varierte fra 0,99 kg/daa i Volbu til 6,17 kg/daa i Vasshaglona (figur 3).

TN/TP-forholdene er påvirket av nivå på TN- og TP-konsentrasjonene og av forskjeller i hva som er de dominerende prosessene for tap av nitrogen og fosfor. For ruter og småfelt varierte TN/TP-forholdet fra 10 til nær 800, med en medianverdi på 55 (figur 4 venstre). Enkelte felt med meget høye verdier påvirker gjennomsnittverdien sterkt, derfor er det valgt å bruke medianverdi. TN/TP-forholdet har betydning for effekten av næringsstoffavrenning på vannkvaliteten. Algevekst i vannforekomster, både hav og ferskvann, kan enten være nitrogen- eller fosforbegrenset. Ifølge TN/TP-klassene foreslått av Guildford og Hecky (2000), kan systemene i denne rapporten grupperes som:

• TN/TP-forhold > 50 (fosforbegrensning): Syverud, Bye, Apelsvoll og Vandsemb for kornproduksjon, og Særheim (både sand og siltig sand), Fureneset (både sandjord og torvjord) og Øvre Time for grasproduksjon.
• 20 < TN/TP-forhold < 50 (fosfor- eller nitrogenbegrensning): Skjetlein og Kjelle for kornproduksjon, og Enerstujordet for blandet produksjon (gras og korn/potet).
• TN/TP-forhold < 20 (nitrogenbegrensning): Askim, Lodding 106/107, Holt og Kvithamar for kornproduksjon, og Skjetlein for grasproduksjon.

På nedbørfeltskala varierte TN/TP-forholdene fra 18 til 200, med en medianverdi på 39 (figur 4 venstre). Tilsvarende kan nedbørfeltene grupperes som:

• TN/TP-forhold > 50: Kolstad, Volbu og Time.
• 20 < TN/TP-forhold < 50: Skuterud og Vasshaglona.
• TN/TP-forhold < 20: Naurstad og Mørdre.

Overordnet er TN/TP-forholdet typisk relativt lavt på jord der erosjon er en viktig årsak til fosfortap og nitrogentapet er moderat, slik det er på flere av leirjordslokalitetene. Høyere TN/TP-forhold forekommer der erosjon er mindre viktig. Grøfteavrenning hadde høyere TN/TP-forhold enn overflateavrenning, med en medianverdi på 37 versus 10 for lokalitetene på rute- og småfeltskala (figur 4 høyre). Innenfor samme lokalitet var TN/TP-forholdet i grøfteavrenning konsekvent høyere (40 - >10 000 % høyere) enn i overflateavrenning.

Gjødsling

Næringsstofftap påvirkes av gjødsling med mineralgjødsel og husdyrgjødsel (figur 5). Ved sammenligning av mineralgjødsel og husdyrgjødsel hadde noen lokaliteter større næringsstofftap der det var gjødslet med mineralgjødsel (f.eks. Skjetlein for TN, Kvithamar og Fureneset sandjord), mens andre hadde større tap der det var tilført husdyrgjødsel (f.eks. Skjetlein for TP, Særheim og Fureneset torvjord). Uoverensstemmelsene i resultatene mellom lokalitetene viser at flere faktorer påvirker næringsstofftapene, som ulike gjødselmengder og -balanser. Under kontrollerte forhold med samme P-tilførsel ble det funnet at husdyrgjødsel fra melkekyr førte til konsekvent høyere konsentrasjoner av total løst fosfor i drensvann enn mineralgjødsel for fem jordarter. Høstgjødsling med husdyrgjødsel gir vanligvis større næringsstofftap enn vårgjødsling. Dette skyldes at det om høsten og vinteren ofte er et stort vannoverskudd og samtidig minimalt næringsopptak i plantene.

I nedbørfeltene Volbu, Naurstad, Time og Vasshaglona er næringsstofftapene i stor grad påvirket av gjødsling. Time og Vasshaglona hadde totalt sett høyere gjødsling enn Volbu og Naurstad, og også høyere gjennomsnittlige konsentrasjoner av TN og TP i avrenningen (figur 6). Naurstad hadde lave TN-konsentrasjoner sammenlignet med Volbu, til tross for tilsvarende N-gjødsling. Dette kan skyldes betydelig større avrenningsvolum i Naurstad, som kan ha resultert i en fortynningseffekt på N-konsentrasjonene i avrenningen. Det kan også skyldes at Naurstad domineres av næringsfattig nedbørsmyr med lavt N-innhold. De årlige dataene for hvert nedbørfelt ble gruppert etter avrenningsmengde. Innenfor hvert nedbørfelt og avrenningsnivå ga høyere N-gjødsling nesten alltid høyere TN-konsentrasjoner (figur 6). En slik sammenheng ble ikke funnet for TP-konsentrasjoner, fordi dette skyldes trolig høyere gjødsling med P tidlig i overvåkingsperioden, noe som påvirket jordas fosforstatus og at dette fortsatt påvirket TP-konsentrasjonene flere år senere. Fosfortapet ble også påvirket av erosjon, som var avhengig av jordbruksdrift, landskaps- og jordegenskaper. Resultatene tyder på at det tar tid før forbedret gjødslingspraksis gir målbare effekter på vannkvalitet. Næringsstofforvaltning, spesielt for fosfor, bør derfor ha langsiktig balansert næringsstofftilførsel som mål.

Jordarbeiding (inkludert direktesåing) og fangvekster

I kornproduksjonssystemer er jordarbeiding og jorddekke en nøkkelfaktor som påvirker jord- og næringsstofftap (figur 7). På ruteforsøk‐ og småfeltnivå reduserte jordarbeiding om våren både gjennomsnittlige årlige TP‐konsentrasjoner og -tap sammenlignet med høstpløying på nesten alle lokaliteter (figur 8). Den største reduksjonen i TP ved å unngå høstpløying ble funnet på Askim (fra 0,69 til 0,29 kg/daa/år, 58 % reduksjon) og Lodding 106/107 (fra 0,4 til 0,15 kg/daa/år, 63 % reduksjon), som hadde de største tapene fra høstpløying blant alle lokaliteter som følge av bakkeplanering og derfor dårlig jordstruktur. Resultatene understreker at det viktigste tiltaket for å redusere TP-tap der erosjon er hovedårsaken til TP-tap, er å unngå jordarbeiding. Studiene har også vist lovende resultater for reduksjon av TN‐tap ved å unngå høstpløying (figur 8). På alle lokaliteter reduserte vårjordarbeiding gjennomsnittlig årlig TN-tap sammenlignet med høstpløying, vanligvis med 15–40 % (eller 0,3–0,9 kg/daa/år) avhengig av lokalitet.

Det finnes få norske studier om effekten av fangvekster på vannkvalitet. Effektene, spesielt nitratutvasking, er bedre dokumentert i Sverige og Danmark. I en oppsummering av mange nordiske studier fant Aronsson m.fl. (2016) at fangvekster reduserte N-utvasking i nesten alle studiene. I gjennomsnitt ble TN-utvasking redusert med 0,7 kg/daa/år (eller 49 %) på leirjord, 0,9 kg/daa/år (eller 29 %) på organisk jord, 1,1 kg/daa/år (eller 45 %) på siltjord og 2,2 kg/daa/år (eller 51 %) på sandjord (figur 9). Fangveksters effekt på fosfortap avhenger av mange faktorer. Der det er høye fosfortap på grunn av mye erosjon, vil fangvekster kombinert med overvintring i stubb gi lavere tap av partikkelbundet fosfor. Fosfortap som skyldes utfrysing av fosfor fra plantene er avhengig av værforhold om vinteren, f.eks. antall fryse–tine-sykluser, snødekke og frosttemperatur, og er dessuten avhengig av fosforinnholdet i jorda og plantene.

For nedbørfeltene Skuterud, Mørdre og Kolstad ble overvåkingsårene gruppert etter ulik grad av jordarbeiding om høsten, med sum av andel stubb (ingen jordarbeiding om høsten til vårkorn og direktesåing av høstkorn), eng og fangvekst lik <30 %, 30–60 % og >60 %. Gjennomsnittlig årlig konsentrasjon av både TP og TN var lavere i år med større andel areal uten jordarbeiding om høsten, i alle tre nedbørfelt (figur 10). Mer spesifikt var TP-konsentrasjonene 17 % til 41 % lavere og TN-konsentrasjonene 9 % til 19 % lavere. Den største reduksjonen i TP-konsentrasjoner ble funnet i Mørdre, som hadde de største jord- og P-tapene. TN/TP-forholdet hadde en tendens til å øke med økende andel areal uten høstpløying, som følge av større reduksjon i TP-tap enn i TN-tap. Forskjeller mellom gruppene er ikke testet statistisk, og resultatene viser tendenser som ikke nødvendigvis er statistisk signifikante. 

Grasdekte arealer og fangdammer

Grasdekte arealer har permanent vegetasjonsdekke gjennom året, og pløyes aldri (eng) eller med jevne mellomrom (eng, pløyes typisk hvert 3.-10. år). Dette gir en mer stabil jordstruktur sammenlignet med åpen åker, bl.a. pga. røtter som armerer jorda og ofte høyere moldinnhold enn i åpen åker. På åpen åker kan soner med gras (grasdekte kantsoner, grasdekte vannveier og grasstriper i åker) fungere som tiltak mot erosjon og næringsstofftap. Grasdekt kantsone i åker fungerer som et rensefilter som bremser og infiltrerer overflateavrenning, og fremmer sedimentasjon av partikler og partikkelbundet fosfor. Tiltaket beskytter også mot erosjon langs bekkekanten. De fleste studier av grasdekte kantsoner er gjort for å vise effekten på overflateavrenning. Kantsoner fanger ikke opp partikler, fosfor og nitrogen som transporteres gjennom grøfteavrenning. Grasdekte vannveier i åker (figur 11) beskytter mot erosjon i dråg (søkk/forsenkninger), der overflateavrenning samler seg og kan få stor eroderende kraft, og fanger opp eroderte partikler og næringsstoffer fra omkringliggende areal. Miljøeffektene av grasdekte vannveier er i liten grad kvantifisert. Grasstriper på tvers av fallet kan bremse og infiltrere vannet slik at mengde og hastighet av overflateavrenning lenger ned i hellingen reduseres. Samtidig kan graset fange opp partikler, partikkelbundet fosfor og nitrogen fra arealet ovenfor, slik at (deler av) det blir fanget opp før det når overflatevann. Det foreligger ingen norske måledata for effekt av grasstripe i åker. Effekten av dette på nitrogen er begrenset ettersom en smal grasstripe dekker et lite areal.

Fangdammer (figur 11) er små kunstige dammer som bygges for å fange og holde tilbake jord, næringsstoffer og forurensning før de når bekker, elver eller innsjøer. I Skuterudfeltet, i løpet av 19 års overvåking, reduserte fangdammen i gjennomsnitt TP-tap med 27 %, mens TN-tapet ble redusert med bare 3 %.

Klima- og væreffekter

Klimatiske faktorer påvirker næringsstofftap i betydelig grad (figur 12). Det er godt dokumentert at jord- og næringsstofftap øker med økende årlig nedbørsmengde. Næringsstofftap har en tydelig sesongvariasjon. Lange tidsserier med overvåkingsresultater fra JOVA-felt har vist at de største nitrogentapene skjer om høsten, og for fosfor observeres det største tapet ofte fra høst til tidlig vår, når det er betydelig vannoverskudd og mindre plantedekke på jordoverflaten. Klimatiske faktorer kan overstyre effekten av tiltak.