Bioforsk Jord og miljø Ås Frederik A. Dahls vei 20, 1432 Ås Tel.: 64 94 81 00 Faks: 64 94 81 10 jord@bioforsk.no Notat Sak: Beregning av landbruksavrenning i et utvalg av vannområder i vannregion Glomma resultater for vannområde Morsa Til: Torhild Kongsness, Østfold Fylkeskommune Fra: Sigrun H. Kværnø, Bioforsk Kopi til: Carina Rossebø Isdahl, vannområde Morsa (c/o Våler kommune) Dato: 11.11.13 I dette notatet presenteres resultater av beregning av landbruksavrenning i modellen Agricat- P og bakgrunnsavrenning ved koeffisientmetoder og leirdekningsmetode, for delfelter i vannområde Morsa. Mer detaljer, diskusjon og konklusjoner kommer i den endelige samlerapporten som skal være klar 15. november 2013. 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 2012, og med 6 ulike scenarier som følger: Scenario 1: 8 meter vegetasjonssone langs alle vann og bekker. Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. Scenario 2: 100 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2, 3 og 4 samt 80 % av arealet i erosjonsrisikoklasse 1 høstpløyd. Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. Scenario 3: 60 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2, samt 100 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 3 og 4 og 80% av arealet i erosjonsklasse 1 høstpløyd. Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. 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. Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. Scenario 5: Kombinasjonen 8 meter vegetasjonssoner langs vassdrag, 100 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2,3,4, og P-AL-reduksjon ned til P-AL 7. Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. Scenario 6: 100 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 3 og 4, samt 100 % overvintring i stubb i erosjonsrisikoklasse 2 hvis arealet er nærmere enn 100 meter fra åpent vann (bekk, elv innsjø). Drift ellers tilsvarende faktisk drift 2012. 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 8
Delnedbørfelter og grunnlagsinformasjon Delnedbørfeltene som det er beregnet for er vist i Figur 1. Figur 1. Delfeltene i vannområde Morsa. 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. Delnedbørfeltene i vannområde Morsa, med areal og arealveid gjennomsnittlig jordtap ved høstpløying (EHP) og fosforstatus i jord (P-AL). Delnedbørfelt Areal (daa) Middel EHP (kg/daa) Middel P-AL (g/100 g) Kystbekker Morsa N 18339 108 12 Kambobekken 2383 120 10 Langen 2569 143 9 Mosseelva 510 73 10 Hølenelva 43317 156 11 Jeløya 3998 30 19 Kystbekker rygge 39398 56 16 Våg og Mjår 4720 187 8 kråkstadelva 25234 177 12 Hobølelva 35892 253 11 Veidalselva 4567 133 11 mårkelva 5586 134 7 Svinna 12286 137 9 Storefjorden 4895 66 14 Nedre vansjø 11328 55 13 Morsa 215022 140 12 Notat Side 2 av 8
Tabell 2 viser driften i vannområdet, som prosentandel av arealet, under faktisk drift i 2012 og for hvert scenario. Tabell 2. Forskjeller i drift mellom faktisk drift 2012 og scenarier, for delnedbørfeltene i vannområde Morsa. Drift 2012 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Eng 17,6 % 20,0 % 17,6 % 17,6 % 17,6 % 17,6 % 17,6 % 17,6 % Grønnsaker med jordopptak (løk og rotgrønnsaker) 0,3 % 0,3 % 0,3 % 0,3 % 0,3 % 0,3 % 0,3 % 0,3 % Høstkorn med pløying 1,1 % 1,1 % 0,0 % 0,5 % 1,1 % 1,1 % 0,0 % 0,2 % Permanent beiteeng/vegetasjonsdekke eller ute av drift 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % Potet 1,7 % 1,6 % 1,7 % 1,7 % 1,7 % 1,7 % 1,7 % 1,7 % Vårkorn, høstharving middels 17,7 % 16,9 % 1,0 % 12,2 % 17,7 % 17,7 % 5,7 % 10,5 % Vårkorn, høstpløying m/harving om våren 17,7 % 17,2 % 16,9 % 23,6 % 17,7 % 17,7 % 5,5 % 10,4 % Vårkorn, stubb + vårharvet 42,6 % 41,6 % 61,2 % 42,8 % 42,6 % 42,6 % 67,8 % 57,9 % Gjennomsnittlig P-AL 12 12 12 12 endret endret endret 12 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 2012, og reduksjon i jordtap for ulike scenarier, for alle delfelter. Jordtap (tonn) Endring i jordtap (tonn): positiv = reduksjon, negativ = økning Drift 2012 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Langen 247 21 85 45 0 0 98 72 Våg og Mjær 621 53 265 178 0 0 296 229 Kråkstadelva 2 682 186 1 103 604 0 0 1 230 895 Hobølelva 4 551 529 1 539 1 108 0 0 1 904 1 401 Veidalselva 248 18 11-19 0 0 50 24 Mørkelva 424 39 138 74 0 0 173 118 Svinna 873 82 250 113 0 0 313 186 Storefjorden 217 22 32-10 0 0 68 42 Nedre Vansjø 482 42-3 -52 0 0 86 37 Mosseelva 26.06 2.32 8.26 2.68 0 0 9.91 7.85 Hølenelva 6 037 717 2 975 1 400 0 0 3 260 2 211 Jeløya 115 13 9-1 0 0 27 14 Kystbekker Morsa N 2 177 284 1 092 452 0 0 1 216 729 Kystbekker rygge 2 404 343 622 13 0 0 924 343 Notat Side 3 av 8
Kambobekken 175 21 40-4 0 0 63 42 Morsa 21 281 2 374 8 163 3 903 0 0 9 718 6 350 Tabell 4. Fosfortap ved faktisk drift 2012, og reduksjon i fosfortap for ulike scenarier, for alle delfelter. Fosfortap (kg) Endring i fosfortap (kg): positiv = reduksjon, negativ = økning Drift 2012 SC1 SC2 SC3 SC4 PAL7 SC4 PAL9 SC5 SC6 Langen 456 32 118 57 34 8 165 99 Våg og Mjær 987 69 312 201 40 2 387 270 Kråkstadelva 5 104 277 1 653 779 624 334 2 278 1 300 Hobølelva 7 798 728 1 790 1 093 809 414 2 958 1 597 Veidalselva 552 33 9-43 53 23 130 39 Mørkelva 750 56 176 84 11 4 241 153 Svinna 1 746 131 364 145 111 19 559 272 Storefjorden 486 39 47-23 90 61 184 71 Nedre Vansjø 1 119 78-18 -110 181 116 311 68 Mosseelva 57 5 13 4 5 1 20 13 Hølenelva 10 752 1 068 4 298 1 785 1 113 511 5 427 3 094 Jeløya 275 25 10-6 76 59 111 24 Kystbekker Morsa N 4 045 446 1 661 621 505 270 2 165 1 075 Kystbekker rygge 5 482 642 1 129 2 1 132 813 2 523 631 Kambobekken 329 33 50-13 24 6 111 59 Morsa 39 939 3 662 11 611 4 575 4 808 2 643 17 571 8 763 Resultater for de ulike scenariene er oppsummert i Figur 2 og Figur 3 for vannområdet. Notat Side 4 av 8
Jordtap (kg/daa) Fosfortap (g/daa) Jordtap (tonn) Fosfortap (kg) 25000 20000 15000 10000 Jordtap, med % reduksjon 0 % 0 % 11 % 18 % 38 % 46 % 30 % 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 Fosfortap, med % reduksjon 9 % 7 % 11 % 12 % 22 % 29 % 44 % 5000 10000 5000 0 0 Drift Drift Figur 2. Beregnet jordtap i tonn og fosfortap i kg for hele vannområdet ved faktisk drift i 2012 og for ulike scenarier, samt prosent reduksjon (positivt tall) eller økning (negativt tall) i jord- og fosfortap ved scenarier sammenliknet med faktisk drift. 120 Jordtap pr. dekar 200 180 Fosfortap pr. dekar 100 160 80 140 120 60 100 40 80 60 20 40 20 0 0 Drift Drift Figur 3. Beregnet jord- og fosfortap pr. dekar for hele vannområdet ved faktisk drift i 2012 og for ulike scenarier. Resultater av beregninger andre kilder 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. Notat Side 5 av 8
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 Utmark, Beite, overflatedyrka, Bebyggelse, Samferdsel, Våtavsetning, Morsa1 Langen 537 6 21 145 78 Morsa2 Våg og Mjær 206 11 6 49 36 Morsa3 Kråkstadelva 161 7 15 96 2 Morsa4 Hobølelva 577 39 23 215 16 Morsa5 Veidalselva 163 2 2 34 5 Morsa6 Mørkelva 316 3 3 51 8 Morsa7 Sæbyvannet og Svinna 497 7 8 105 35 Morsa8 Storefjorden 229 3 16 103 380 Morsa9 Nedre Vansjø 241 8 12 118 189 Morsa10 Mosseelva 53 0 16 101 16 Morsa11 Hølenelva 532 14 50 343 9 Morsa12 Jeløya 71 8 16 92 1 Morsa13 Kystbekker Morsa N 233 6 34 203 4 Morsa14 Kystbekker Rygge 243 19 61 352 8 Morsa15 Kambobekken 101 2 13 118 1 Morsa 4159 134 295 2124 787 Bakgrunnsavrenning beregnet med koeffisientmetode (gir kg fosfor) og med leirdekningsmetode (gir mikrogram fosfor pr. liter) er presentert i Tabell 6. Tabell 6. Bakgrunnsavrenning beregnet med koeffisientmetode, dekningsgrad av marine sedimenter og naturlig konsentrasjon av fosfor beregnet ut fra dekningsgraden av marine sedimenter. RESNR1 Nedbørfeltnavn Nedbørfeltareal km 2 Prosent areal marine avsetninger Naturlig tot-p nivå, mikrogram/l - med sannsynlighetsrom i parentes Bakgrunnsavrenning, Morsa1 Langen 105 20 % 22 (19-26) 632 Morsa2 Våg og Mjær 41 32 % 30 (26-35) 307 Morsa3 Kråkstadelva 51 74 % 58 (49-67) 625 Morsa4 Hobølelva 135 51 % 42 (36-49) 1319 Morsa5 Veidalselva 33 27 % 27 (23-31) 253 Morsa6 Mørkelva 61 19 % 21 (18-24) 432 Morsa7 Svinna 103 33 % 31 (26-35) 750 Morsa8 Storefjorden 74 22 % 23 (20-27) 341 Morsa9 Nedre vansjø 68 35 % 32 (27-37) 474 Morsa10 Mosseelva 16 21 % 23 (19-26) 93 Morsa11 Hølenelva 139 57 % 47 (40-53) 1460 Morsa12 Jeløya 80 24 % 24 (21-28) 182 Morsa13 Kystbekker Morsa N 90 46 % 39 (33-45) 647 Morsa14 Kystbekker Rygge 181 42 % 36 (31-42) 1098 Notat Side 6 av 8
Morsa15 Kambobekken 26 34 % 31 (27-36) 173 Morsa 8787 Klassegrenser for naturlig P-nivå: Klasse 1 - Leirvassdrag m 20% leirdekningsgrad med forventet naturtilstand omtrent på 20µgP/l og god moderatgrense på 40µgP/l; klasse 2 - Leirvassdrag m 30% leirdekningsgrad med forventet naturtilstand omtrent på 25µgP/l og god moderatgrense på 50µgP/l; klasse 3 - Leirvassdrag m 40% leirdekningsgrad med forventet naturtilstand omtrent på 30µgP/l og god moderatgrense på 60µgP/l; klasse 4 - Faller utenfor definerte klassegrenser. 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: - 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 100 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. - Driftsfaktor: 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 20-30 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: Notat Side 7 av 8
- 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 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 8 av 8