Bioforsk Jord og miljø Ås Frederik A. Dahls vei 2, 1432 Ås Tel.: 64 94 81 Faks: 64 94 81 1 jord@bioforsk.no Notat Sak: Beregning av landbruksavrenning i et utvalg av vannområder i vannregion Glomma resultater for delfelter i Hedmark (vannområder Glomma og Mjøsa) Til: Torhild Kongsness, Østfold Fylkeskommune Fra: Sigrun H. Kværnø, Bioforsk Kopi til: Trine Frisli Fjøsne, Arne Magnus Hekne Dato: 3.2.14 I dette notatet presenteres resultater av beregning av landbruksavrenning i modellen Agricat- P og bakgrunnsavrenning ved koeffisientmetoder, for delfelter i vannområdene Mjøsa og Glomma, Hedmark fylke. Mer detaljer, diskusjon og konklusjoner kommer i den endelige samlerapporten som forventes ferdigstilt i løpet av februar 214. Med dette notatet følger også en excel-fil med resultater for alle delfelter i vannområdet. Arbeidet er gjennomført av Håkon Borch (tilrettelegging av data, kjøring av Agricat, framstilling av resultater), Inga Greipsland (tilrettelegging av data, kjøring av Agricat) og Sigrun Kværnø (framstilling av resultater, rapportering) ved Bioforsk. Metode Modellen Agricat-P er kjørt for arealer med dyrka mark i vannområdet, med utgangspunkt i faktisk drift slik den var i 212, og med 6 ulike scenarier som følger: Scenario 1: 8 meter vegetasjonssone langs alle vann og bekker. ellers tilsvarende faktisk drift 212. Scenario 2: 1 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2, 3 og 4 samt 8 % av arealet i erosjonsrisikoklasse 1 høstpløyd. ellers tilsvarende faktisk drift 212. Scenario 3: 6 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2, samt 1% overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 3 og 4 og 8% av arealet i erosjonsklasse 1 høstpløyd. ellers tilsvarende faktisk drift 212. Scenario 4: P-AL reduksjon ned til P-AL 7 og P-AL 9 på alt areal som har høyere P-AL verdi enn disse verdiene. ellers tilsvarende faktisk drift 212. Scenario 5: Kombinasjonen 8 meter vegetasjonssoner langs vassdrag, 1 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2,3,4, og P-AL-reduksjon ned til P-AL 7. ellers tilsvarende faktisk drift 212. Scenario 6: 1 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 3 og 4, samt 1 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2 hvis arealet er nærmere enn 1 meter fra åpent vann (bekk, elv innsjø). ellers tilsvarende faktisk drift 212. Agricat-P er også validert for tre nedbørfelter der det fins måledata for jord- og fosfortap på nedbørfeltskala: Skuterud i Follo, Mørdre på Romerike og Kolstad ved Mjøsa. Feltene er del av Bioforsks overvåkingsprogram JOVA. Valideringen innebærer å sammenlikne modellberegninger med måleverdier for å se hvor godt modellen treffer, og dette kan gi en indikasjon på usikkerheter i beregningene. Notat Side 1 av 7
Delnedbørfelter og grunnlagsinformasjon Delnedbørfeltene som det er beregnet for er vist i Figur 1. Figur 1. De utvalgte delfeltene i Hedmark fylke, vannområdene Glomma/Mjøsa. I Tabell 1 er en oversikt over de ulike delfeltenes størrelse og beregna verdier for gjennomsnittlig jordtap pr. dekar ved høstpløying (EHP) og fosforstatus i jord (P-AL). Tabell 1. De utvalgte delnedbørfeltene i Hedmark, med areal og arealveid gjennomsnittlig jordtap ved høstpløying (EHP) og fosforstatus i jord (P-AL). Resnr1 Delnedbørfelt Areal (daa) Middel EHP (kg/daa) Middel P-AL (g/1 g) Hedmark1 Flagstadelv 27 449 11 12 Hedmark2 Gjesjoen 9 875 81 11 Hedmark3 Hasla 25 18 85 6 Hedmark4 Moelv 8 551 116 11 Hedmark5 Svartelv 89 781 289 1 Hedmarksfelter 16 674 25 1 Notat Side 2 av 7
Tabell 2 viser driften i hele området det er beregnet for, som prosentandel av arealet, under faktisk drift i 212 og for hvert scenario. Tabell 2. Forskjeller i drift mellom faktisk drift 212 og scenarier, for de utvalgte delnedbørfeltene i Hedmark. 212 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Eng 12,7 % 13,2 % 12,7 % 12,7 % 12,7 % 12,7 % 13,3 % 12,7 % Grønnsaker med jordopptak (løk og rotgrønnsaker) 2,9 % 2,9 % 2,9 % 2,9 % 2,9 % 2,9 % 2,9 % 2,9 % Jordbær,3 %,3 %,3 %,3 %,3 %,3 %,3 %,3 % Permanent beiteeng/vegetasjonsdekke eller ute av drift 9,3 % 9,2 % 9,3 % 9,3 % 9,3 % 9,3 % 9,2 % 9,3 % Potet 4,1 % 4,1 % 4,1 % 4,1 % 4,1 % 4,1 % 4,1 % 4,1 % Vårkorn, høstharving middels 3,8 % 3,7 %,7 %,2 % 3,8 % 3,8 %,2 %,2 % Vårkorn, høstpløying m/harving om våren 2,3 % 2,1 % 4,3 % 11,1 % 2,3 % 2,3 % 9,9 % 31,7 % Vårkorn, stubb + vårharvet 46,6 % 46,4 % 65,6 % 59,4 % 46,6 % 46,6 % 6,1 % 38,7 % Gjennomsnittlig P-AL 1 1 1 1 endret endret endret 1 Vegetasjonssoner nei ja nei nei nei nei ja nei Resultater av beregninger dyrka mark Resultater for de ulike scenariene er oppsummert i Tabell 3 og Tabell 4 for delfeltene. Tabell 3. Jordtap ved faktisk drift 212, og reduksjon i jordtap for ulike scenarier, for alle delfelter. Jordtap (kg) Endring i jordtap (kg): positiv = reduksjon, negativ = økning 212 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Flagstadelv 459 923 32 612 152 722 128 129 154 314-18 396 Gjesjoen 373 565 18 342 112 274 92 692 14 635-78 522 Hasla 924 718 61 867 238 835 22 942 245 46-195 192 Moelv 97 818 3 576 31 485 3 912 34 488 13 817 Svartelv 2 722 51 137 379 968 823 892 622 1 9 593 567 13 Hedmarksfelter 4 578 534 253 776 1 54 14 1 347 296 1 548 437 288 72 Tabell 4. Fosfortap ved faktisk drift 212, og reduksjon i fosfortap for ulike scenarier, for alle delfelter. Fosfortap (kg) Endring i fosfortap (kg): positiv = reduksjon, negativ = økning 212 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Flagstadelv 1 167 63 319 262 22 137 474-53 Gjesjoen 72 28 171 135 85 35 22-139 Hasla 1 76 95 359 292 213 89 53-332 Moelv 282 1 59 57 43 21 99 21 Svartelv 6 282 268 1 852 1 686 816 325 2 54 971 Hedmarksfelter 1 21 465 2 76 2 432 1 377 69 3 828 468 Notat Side 3 av 7
Jordtap (kg/daa) Fosfortap (g/daa) Jordtap (tonn) Fosfortap (kg) Resultater for de ulike scenariene er oppsummert i Figur 2 og Figur 3 for området. Jordtap, med % reduksjon Fosfortap, med % reduksjon 5 45 4 35 3 25 2 15 6 % 33 % 29 % % % 34 % 6 % 12 1 8 6 4 5 % 27 % 24 % 13 % 6 % 37 % 5 % 1 5 2 Figur 2. Beregnet jordtap i tonn og fosfortap i kg for hele området ved faktisk drift i 212 og for ulike scenarier, samt prosent reduksjon (positivt tall) i jord- og fosfortap ved scenarier sammenliknet med faktisk drift. Jordtap pr. dekar Fosfortap pr. dekar 3 25 2 15 1 5 7 6 5 4 3 2 1 Figur 3. Beregnet jord- og fosfortap pr. dekar for hele området ved faktisk drift i 212 og for ulike scenarier. Notat Side 4 av 7
Resultater av beregninger andre kilder og bakgrunnsavrenning Fosfortap fra kildene utmark, overflatedyrka mark og beite, samferdsel, bebyggelse og våtavsetning på innsjøer, beregnet utfra arealressurskart AR5 og koeffisienter, er presentert i Tabell 5. Tallverdiene her representerer summen av naturlig og antropogen avrenning fra disse kildene. Det presiseres at kilderegnskapet ikke er fullstendig, blant annet er spredt og kommunalt avløp ikke inkludert. Tabell 5. Fosfortap fra kildene utmark, overflatedyrka mark og beite, samferdsel, bebyggelse og våtavsetning på innsjøer. Oppgitt i, beregnet utfra koeffisienter og arealressurskart. RESNR1 Nedbørfeltnavn Hedmark1 Flagstadelv Hedmark2 Gjesjøen Hedmark3 Hasla Hedmark4 Moelv Hedmark5 Svartelv Utmark, Beite, overflatedyrka, Bebyggelse, Samferdsel, Våtavsetning, 753 89 3 295 2 247 1 4 71 73 715 12 1 22 26 766 85 9 216 169 2 93 129 78 834 116 Hedmarksfelter 4 574 316 131 1 636 43 Bakgrunnsavrenning (naturlig avrenning) er også beregnet utfra arealressurskart AR5 og koeffisienter (andre koeffisienter enn for «andre kilder»), og tallene er presentert i Tabell 6. Tallene er for nedbørfeltets totale areal, og for dyrka mark alene. Tidligere presenterte tall for andre kilder (Tabell 5) og for dyrka mark under antropogen innvirkning (Tabell 4) anses å allerede inkludere bakgrunnsavrenning. Tabell 6. Bakgrunnsavrenning av fosfor for delnedbørfeltenes totalareal og fra dyrka mark alene. RESNR1 Nedbørfeltnavn Bakgrunnsavrenning fra hele nedbørfeltet, Bakgrunnsavrenning fra dyrka mark, Hedmark1 Flagstadelv 1 394 54 Hedmark2 Gjesjøen 449 198 Hedmark3 Hasla 1 249 512 Hedmark4 Moelv 1 56 214 Hedmark5 Svartelv 4 315 2 44 Hedmarksfelter 8 463 3 58 Usikkerheter i beregningene Usikkerhetene i modellberegningene vil beskrives mer utførlig i samlerapporten for prosjektet. Her følger en kort oppsummering av de aktuelle usikkerhetene: Skala beregningene gjennomføres på små enheter som tilslutt summeres opp til å gjelde store nedbørfelter. Beregningene fanger da ikke opp prosesser som skjer på større skala, som retensjon i vann og vassdrag, effekter av kantsoner mellom enheter, osv. Informasjon om drift denne informasjonen hentes fra offentlige registre. Informasjonen er ikke eksakt, det må gjøres visse antakelser om hvordan drift skal fordeles på et bruk. Leiejord er en problematikk som kan gjøre det vanskelig å plassere driften på riktig sted. Erosjonsberegninger disse baserer seg på erosjonsrisikokart fra Norsk Institutt for skog og landskap, med modifiseringer for grøfteandel, avrenning og drift i Agricat-P. Følgende usikkerheter kan nevnes: Notat Side 5 av 7
- Klimafaktor: samme klimafaktor for hele landet, hvilket ikke er realistisk. Dette er noe tatt høyde for gjennom bruk av avrenningskoeffisienter basert på avrenningskart fra HBV-/GBV-modellen til NVE. Også denne modellen er det knyttet usikkerheter til. - Eroderbarhetsfaktor: likning utviklet i USA, noe tilpasset norske forhold. Tar i veldig liten grad hensyn til grusinnhold, og strukturvariabel er kun avhengig av tekstur, og ikke organisk materiale, hvilket kan være med på å forklare generell overestimering av jordtap på for eksempel morenejord. Permeabilitetsvariabel er basert på naturlig dreneringsgrad, hvilket ikke reflekterer forhold på kunstig drenert jord, samt at dårlig drenering ikke trenger å bety lav permeabilitet hvis det er grunnvannspåvirkning. - Helningsfaktor: hellingslengde konstant 1 m, kan gi over-/underestimerte tap på kortere/lengre helninger. Tar ikke hensyn til hellingens form, drågerosjon er ikke med. Sedimentasjon av partikler beregnes ikke. Det er ingen transport av vann og jord mellom de ulike kartenhetene, mens i virkeligheten vil dette forekomme. - sfaktor: effekter av endret jordarbeiding på jordtap er til dels sparsomt dokumentert, særlig for jord som ikke er bakkeplanert og jord med andre hellingsgraderog hellingslengder enn det som har forekommet i norske ruteforsøk (typisk 12-13 % hellingsgrad og 2-3 m hellingslengde), og særlig for jordtap via grøftesystemet. - Jordtap via grøftesystemet: det er meget sparsomt eksperimentelt grunnlag for å beregne dette. - Jordtapskorreksjoner basert på måledata: Agricat er validert mot måledata for tre felter. Basert på dette er korreksjonsfaktorer tilordnet arealer innenfor vannområdene som likner på disse feltene. Arealer som ikke likner har ikke fått noen jordtapskorreksjon. Det er knyttet usikkerheter til gyldigheten av korreksjonsfaktorene. Nivået på disse faktorene er imidlertid noenlunde i tråd med hva man kan forvente utfra valideringsfeltenes egenskaper og kjente svakheter ved erosjonsrisikokartet (se siste avsnitt). - Manglende erosjonsrisikokart fører enten til at beregning av tilførsler for de aktuelle områdene ikke kan gjennomføres, eller at man bringer inn ytterligere usikkerhet ved å beregne erosjonsrisiko ut fra mindre detaljert informasjon. Fosfortapsberegninger empiriske likninger fra eksperimentelle studier er brukt. Følgende usikkerheter kan nevnes: - Jordtapsberegningene: I Agricat beregnes kun partikulært P, som er en funksjon av jordtapet. Usikkerheter i jordtapsberegningene forplanter seg til P-beregningene. - Estimering av total-p i jord fra P-AL: 4 likninger for mineraljord, og en likning for organisk jord. Særlig sistnevnte likning er det forbundet mye usikkerhet til. - P-AL-nivå i feltene: basert på måledata, kan være begrenset og evt. utdatert datamateriale. - Anrikningsfaktor: likning basert på laboratoriestudier fra USA. Gyldigheten for norske forhold spesielt og feltforhold generelt kan være begrenset. Beregning av renseeffekter av fangdammer og vegetasjonssoner empiriske likninger fra eksperimentelle studier er brukt. Ligninger dekker ikke alle variasjoner i landskapsformer, som kan ha stor betydning for effekten. Beregning av fosfortap fra andre kilder skal i teorien dekke avrenning fra skog, beitemark, bebyggelse, samferdsel og til og med bekke-/elveerosjon. I stor grad koeffisientbasert, og datamaterialet som ligger til grunn for koeffisientene er meget sparsomt. Nivået på usikkerheter i beregningene kan illustreres gjennom resultater fra valideringen av Agricat-P. I den forbindelse skal man være klar over at det også er noen usikkerheter knyttet til måledataene, både mht. analyser av vannprøver og det at det i disse feltene ikke er mulig å skille mellom ulike kilder til tap. På årlig basis er det ikke så god sammenheng mellom målte og beregna verdier (lave verdier for R 2 og negative verdier for N-S), både for jord- og fosfortap. Dette er ikke overraskende, da Agricat-P er en statisk modell som ikke klarer å fange opp effekter av ulikt avrenningsmønster mellom år, både mht. total avrenning og mht. episoder. I middel over alle år er jordtapet godt estimert. Faktoren for jordtapskorreksjon er årsaken til dette. Faktorene som er brukt virker som nevnt å være noenlunde realistiske: Lav faktor for Kolstad fordi måledata fra slike moreneområder tyder på at erosjonsrisikokartet Notat Side 6 av 7
overestimerer jordtap på slik jord; høy faktor for Mørdre med mye erosjonsutsatt jord i form av raviner med planering - kanskje underestimering i erosjonsrisikokart pga. betydelig erosjon i dråg o.l.; ingen faktor i Skuterud med uplanert marin leir- og sandjord erosjonsrisikokartet kan representere slike arealer godt, eller det skyldes motvirkende faktorer som at drågerosjon underestimeres mens sedimentasjon kan være betydelig pga. utflating av landskapet mot bekken. Fosfortapet ikke er like bra estimert som jordtapet. I Kolstad (morenefelt ved Mjøsa) er beregna fosfortap omlag dobbelt så høyt som målt fosfortap i de fleste tilfellene. Også i Mørdre (mjæle/planert leirjord på Romerike) og i Skuterud (ikke planerte marine avsetninger i Follo) er fosfortapene noe overestimert, men ikke like mye som i Kolstad. En mulig forklaring på overestimeringen kan være de nevnte usikkerhetene mht. beregning av total-p på partiklene og anrikningsfaktoren. Notat Side 7 av 7