12 Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) Vanningsbehov til åkervekster i ulike regioner 1973-28 Hugh Riley Bioforsk Øst Apelsvoll hugh.riley@bioforsk.no Innledning Nesten 14 % av landets jordbruksareal kan vannes (ca. 1,3 mill. daa) i dag, ifølge landbrukstellinga (SSB, 1999). Om lag 46 % av dette arealet er i fylkene Hedmark, Oppland og Akershus, mens 32 % er i Østfold, Vestfold, Telemark og Buskerud, 1 % i Agder-fylkene og Rogaland, 8 % i Sogn og Fjordane og Hordaland og 5 % i Møre og Romsdal, Sør- og Nord- Trøndelag. Selv om vannreservene heldigvis er store i Norge, utgjør de en ressurs som det ventes å bli økende konkurranse om i framtida. På oppdrag fra SSB har vi beregnet vannmengdene som det i dag er behov for til vanning av jordbruksvekster i fire viktige jordbruksregioner: Østlandet nord for Oslo, Østlandet sør for Oslo, Sørlandet og Sør-Vestlandet og Midt-Norge (Riley & Berentsen 29). Beregningene er gjort for tidsrommet 1973-28. Denne perioden overlapper mellom den nåværende og neste 3-års normalperiode (1991-22). Derfor kan det vurderes hvorvidt evt. klimaendringer de senere årene har påvirket vekstenes behov for vanning. Beregningene tallfester sannsynlige vanningsbehov til ulike vekster i de fire regionene. Dette kan brukes som hjelpemiddel for avgjørelser om investering og dimensjonering av vanningsanlegg. Variabiliteten mellom år i behovene for vanning er av stor betydning for hvor ofte det lønner seg å vanne og for hvor stor kapasitet et vanningsanlegg bør ha. I denne oversikten presenteres det derfor både middeltall og variasjoner mellom år. Alle resultater er presentert som mm vannhøyde (1 mm = 1 m 3 pr. daa og m 3 pr. km 2 ). Nedbør og potensiell fordamping Værdata er brukt fra én værstasjon i hver av de fire regionene (Kise for Nord-Østlandet, Ås for Sør- Østlandet, Særheim for Sør- og Sør-Vestlandet og Kvithamar for Midt-Norge). Det antas at potensiell fordamping er relativt lik for alle jordbruksdistrikt innenfor hver region. Nedbøren, derimot, kan variere noe mer innenfor regioner, som følge av topografi og høyde over havet. Representativiteten av de fire værstasjonene ble vurdert ved å sammenligne deres Nedbør (mm, april-sept) 6 5 4 3 2 Valgt værstasjon Middel 15 steder Nord- Østlandet Sør- Østlandet Midt- Norge Sør-/Sør- Vestlandet Figur 1. Normalnedbøren i vekstsesongen (til høyre) for de fire valgte værstasjonene sammenlignet med middelverdier og standardavvik for 15 tilfeldige nedbørstasjoner i hver av de fire regionene (venstre).
Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) 13 Vekstforhold normale nedbørsmengder i vekstsesongen (april-september) med middeltallene for 15 tilfeldige nedbørsstasjoner i hver region (figur 1). Det viste seg at værstasjonene hadde tilnærmet samme nedbøren som midlene for de 15 nedbørstasjonene i hver region. Potensiell fordamping ble beregnet på grunnlag av værdata (globalstråling, relativ luftfuktighet, vindhastighet) med en sammenheng utledet fra en lengre måleserie av fordamping fra fri vannflate på Kise. Fordampingen er størst på Sør-Østlandet, noenlunde likt på Sør-Vestlandet og Nord-Østlandet og lavest i Midt-Norge (figur 2). Middelverdiene var tilnærmet like i første og andre halvdel av perioden, dvs. før og etter 199. I gjennomsnitt av alle år viser den kumulative nedbørbalansen (nedbør minus fordamping) et nedbørunderskudd både på Sør-Østlandet og på Nord- Østlandet (figur 3). Til tross for noe høyere nedbør der, er underskuddet størst i sør, og i begge regioner øker det fram til august. I de to andre regionene er det i gjennomsnitt et lite overskudd fra april til juli, og overskuddet øker kraftig mot slutten av vekstsesongen. I alle regioner er det imidlertid store variasjoner mellom år i nedbørbalansen. For hele vekstsesongen (aprilsept.) varierer det på Østlandet fra underskudd på 3 mm til overskudd på > mm (figur 4). En slik enkel nedbørsbalanse gir imidlertid ikke tilstrekkelig informasjon om behovet for vanning, da dette påvirkes også av nedbørsfordelingen gjennom sesongen, jordas vannlagringsevne og de enkelte vekstenes vannforbruk og tørkefølsomhet i ulike vekstfaser. Figur 2. Månedssummer for potensiell fordamping i fire regioner, middelverdier beregnet for 1973-28. Figur 3. Kumulativ vannbalanse (nedbør minus fordamping) i fire regioner, middelverdier for 1973-28. Figur 4. Variasjonen i vannbalanse (nedbør minus fordamping) over hele vekstsesongen (april-sept.).
14 Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) Aktuell fordamping og vanningsstrategi I tillegg til værforholdene påvirkes den aktuelle fordampinga av jordtypen og vekstenes utviklingsstadium. I dette arbeidet er aktuell fordamping beregnet med en modell (EU-Rotate_N) som tar hensyn til disse faktorene. Denne modellen estimerer dessuten vannbehovene til vanning ut fra brukervalgte kriterier om vanningsstrategi. Passende start- og sluttdatoer for de ulike vekstfasene ble brukt og vekstperiodene som det er aktuelt å vanne i (dvs. tørkefølsomme perioder) ble basert på tidligere forskning (se detaljer i Riley & Berentsen, 29). I tørkefølsomme perioder ble det antatt at vanningsbehov oppstår hver gang det aktuelle vannunderskuddet i jordas øvre 6 cm når halvparten av lagringskapasiteten for plantetilgjengelig vann i samme dybde. Valget er basert på forsøkserfaring på Kise. Vanningsmengden ble da satt til halvparten av dette underskuddet. En slik strategi minimerer risikoen for utvasking ved eventuell nedbør like etter vanning. Beregningene er gjort for tørkesvak jord (6 mm tilgjengelig vann) og for middels tørkesterk jord ( mm plantetilgjengelig vann), verdier som passer i mange tilfeller for henholdsvis sandjord og lettleire. En regner med at det hovedsakelig er disse jordartene som vannes i Norge. Den valgte strategien var altså vanning med 25 mm ved 5 mm vannunderskudd i jorda på middels tørkesterk jord, og med 15 mm ved 3 mm underskudd på tørkesvak jord. Potetarealet i Norge er ca. 15 daa og grønnsaksarealet ca. 6 daa. Selv om hele dette arealet vannes, utgjør det bare 16 % av arealet som kan vannes. Korn og gras er vekstene med størst vannet areal i Norge. Det presenteres her resultater for vårkorn, sein potet og sein gulrot. Aktuelle tidsrom for vanning er satt til 25.5-24.7 for korn, 15.6-14.9 for sein potet og 1.7-2.9 for sein gulrot. Disse vekstene kan være representative også for en del andre vekster. Omtrent samme vanningsbehov kan forventes for kepaløk som for potet, og for sein kål som for gulrot. Vannbehovene til tidligpotet (ikke presentert) er mye lavere enn for de andre vekstene, mens vannbehovene til gras (ikke presentert) er trolig høyere. Vanningsbehov til korn, potet og gulrot Som ventet, ble det funnet store variasjoner mellom år i vanningsbehovene til alle vekstene (figur 5). Det var stort behov i flere år på midten av 7-tallet og tidlig på 9-tallet, og lite behov i flere andre perioder. Det var ingen signifikant forskjell i middelbehovene mellom periodene før og etter 199, og det kan dermed fastslås at det ennå ikke kan spores noen entydig effekt av eventuelle klimaendringer på vekstenes behov for vanning. Vannbehovene er størst til korn, spesielt på Sør-Østlandet, og minst hos sein gulrot, spesielt i Midt-Norge. Et sammendrag av de gjennomsnittlige behovene for vanning av disse vekstene i de fire regionene er gitt i tabell 1, for både middels tørkesterk og tørkesvak jord, sammen med et uttrykk for variabiliteten mellom år. Midlere vannbehov til vårkorn på Sør-Østlandet er omkring mm pr. år på tørkesvak jord og 85 mm på middels tørkesterk jord. På Nord-Østlandet er behovene litt mindre, hhv. ca. 7 mm og 55 mm. På Sør- Vestlandet er middelbehovet ca. 4 mm på begge klasser av jord, mens de i Midt-Norge er ca. 35 mm på tørkesvak jord og 25 mm på middels tørkesterk jord. Til sein potet på Sør- og Nord-Østlandet er behovene i middel henholdsvis ca. 75-8 mm og 5-55 mm, med bare små forskjeller på ulike jordtyper. På Sør-Vestlandet er behovet omkring 3-35 mm og i Midt-Norge er det bare 15-2 mm. Midlere vanningsbehov til sein gulrot er noe mindre enn behovene til sein potet (ca. 65 og 45 mm på Sør- og Nord- Østlandet, 2-25 mm på Sør-Vestlandet og 1-15 mm i Midt-Norge). De lavere behovene til sistnevnte vekst skyldes at nedbørsmengdene øker i alle regionene utover høsten, når gulrot fortsatt er i kraftig vekst. Fordi variabiliteten mellom år er høy for alle vekster i alle regioner, gir ikke de midlere behovene et bilde av hvor mye vann det kan være behov for i enkelte år. Variasjonskoeffisienter på 6-8 % er vanlige for mange vekster på Østlandet, og enda høyere verdier ble funnet i de andre regionene. Variabiliteten er ofte høyere på mer tørkesterk jord enn på tørkesvak jord, som følge av den lavere vannlagringskapasiteten hos sistnevnte. Stor variabilitet mellom år har innvirkning på kapasitetsbehovene ved dimensjoneringen av vanningsanlegg. Den prosentvise fordelingen av år med ulike behov ble derfor beregnet for korn og sein potet.
Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) 15 Vekstforhold 25 2 Korn Sør-Østlandet Nord-Østlandet Sør-/Sør-Vestlandet Midt-Norge 15 5 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 Vannbehov (mm) 1999 21 23 25 27 25 Potet 2 Vannbehov (mm) 15 5 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 21 23 25 27 25 Gulrot Vannbehov (mm) 2 15 5 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 21 23 25 27 Figur 5. Variasjonen (1973-28) i vanningsbehov (mm) til korn, potet og gulrot på middels tørkesterk jord.
16 Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) Tabell 1. Middel- og medianbehov (1973-28) for vann til vanning (mm) av ulike vekster på middels tørkesterk og tørkesvak jord i fire regioner av Norge, og variabiliteten mellom år (CV %) i behovene Sør-Østlandet Nord-Østlandet Sør-Vestlandet Midt-Norge Tørkestyrke: Middels Svak Middels Svak Middels Svak Middels Svak Vårkorn Middel 84 98 54 68 42 4 24 34 Median 75 98 5 6 5 38 25 3 CV % 72 54 86 62 84 9 17 8 Sein potet Middel 74 81 5 54 32 35 15 2 Median 75 75 38 45 25 3 2 22 CV % 73 55 89 71 91 69 138 16 Sein gulrot Middel 64 67 44 45 2 23 1 14 Median 5 6 25 45 25 15 8 CV % 8 61 93 7 11 88 188 136 Disse beregningene viste at det i Midt-Norge er behov for mindre enn to vanninger pr. år i 8 % av alle år på middels tørkesterk jord. I den andre ytterligheten, på Sør-Østlandet, inntreffer denne situasjonen i bare omkring 3 % av alle år. Figur 6 viser kumulative prosentandeler av alle år i forhold til stigende vanningsbehov hos korn og potet på ulik jord. Ut fra kurvene i figur 6 ble det estimert (ved regresjon) hvor stor kapasitet et vanningsanlegg bør ha for å dekke vanningsbehovene i en stigende prosentandel av alle år (tabell 2). For å møte behovet i 8 % av alle år, trengs en kapasitet som er i gjennomsnitt 5 % høyere enn det midlere behovet. Økes kravet til at behovet skal kunne dekkes i 9 % av alle år, må kapasiteten ofte dobles, og hvis behovet skal møtes hvert eneste år, trengs det en vanningskapasitet som er ca. tre ganger så stor som middelbehovet. Figur 6. Kumulative prosentandeler av alle år (1973-28) i forhold til stigende vanningsbehov hos korn og potet (mm/år) på middels tørkesterk og tørkesvak jord.
Riley, H. / Bioforsk FOKUS 5 (1) Tabell 2. Vanningskapasiteter (mm/år) som trengs for å møte vanningsbehovet til korn og potet på middels tørkesterk og tørkesvak jord i stigende andel av alle år (%), sammenlignet med midlere behov (fra tabell 1) Sør-Østlandet Nord-Østlandet Sør-Vestlandet Midt-Norge Tørkestyrke: Middels Svak Middels Svak Middels Svak Middels Svak Vårkorn 5 % 51 63 24 5 17 32 11 6 % 73 84 4 67 28 45 2 7 % 11 17 62 86 43 61 6 33 8 % 135 134 88 18 62 8 26 51 9 % 174 164 119 133 84 11 55 72 % 218 198 155 16 11 126 93 97 Middel 84 98 54 68 42 4 24 34 Sein potet 5 % 45 59 21 32 8 2 6 % 64 76 37 47 17 29 2 7 % 87 96 58 65 3 41 13 8 % 115 119 84 87 48 54 13 28 9 % 147 145 116 113 69 7 37 5 % 183 174 152 141 94 88 74 76 Middel 74 81 5 54 32 35 15 2 17 Vekstforhold For å kunne vurdere beregningene i forhold til gjeldende praksis hos norske bønder, ble det innhentet opplysninger om vannforbruk til vanning fra flere større vannforsyningsanlegg i Mjøsområdet, der vanning praktiseres til korn, potet og grønnsaker. Arealet som disse anleggene forsyner med vann, representerer omkring 2 % av totalarealet som kan vannes i Norge. Faktisk vannforbruk ble sammenlignet med de beregnete behovene. De beregnete behovene i distriktet forklarte 55-85 % av variasjonen i vannmengdene som ble levert fra anleggene over en periode på nesten 2 år, og det var ingen entydig trend til over- eller underestimering. Det antas derfor at modellsimuleringene er realistiske sett i forhold til faktisk vannforbruk til jordbruksvanning. Referanse Riley, H. & Berentsen, E. 29. Estimation of water use for irrigation in Norwegian agriculture. Pilot study for Statistics Norway / Eurostat. Bioforsk Rapport vol. 4 nr.174. 8 s.