Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Ett av Sveriges miljömål är ”ingen övergödning” vilket innebär att gödande ämnen inte ska ha negativ inverkan på människor, biologisk mångfald eller mark-och vattenanvändning (Naturvårds-verket 2023). Näringsämnena fosfor och kväve och förlusten av dessa från framför allt jordbruksmark är en av orsakerna till övergödning i sjöar, hav och vattendrag. I Västmanland har länsstyrelsen i samarbete med EU-projektet Life IP Rich Waters gjort mätningar av näringsämnen (kväve och fosfor) i sju jordbruksintensiva avrinningsområden med Mälarmynnande åar under 16 månader 2020–2021. I den här rapporten sammanställs, utvärderas och analyseras data över näringsläckaget från de sju områdena i syfte att bidra till att förbättra beslutsunderlag och föreslå åtgärder för att uppnå en högre vattenkvalitet.
I rapporten behandlas och analyseras de uppmätta halterna tillsammans med tillgängliga vattenflöden och därefter beräknas belastningen för de sju områdena med både simulerade (S-HYPE) och uppmätta (Typområden på jordbruksmark) vattenflöden. Därefter jämförs avrinningsområdenas belastning sinsemellan och i relation till markanvändning och jordartsfördelning. Vidare jämförs den uträknade belastningen av fosfor med så kallade beting från VISS (Vatteninformationsystem Sverige) för att få en uppfattning om betingen är rimliga och hur de olika belastningarna står sig mot det. Betingen är den mängd fosforläckage som antas behöva minska för att vattendraget ska uppnå eller bibehålla god ekologisk status. Slutligen utfördes en mindre undersökning och diskussion kring huruvida våtmarker kan vara en effektiv åtgärd för att nå upp till betinget, vilket gjordes med hjälp av en GIS-tjänst.
Slutsatser kan dras att det finns en positiv korrelation mellan andel jordbruksmark i området och uppmätt halt näringsämne, korrelationen för totalfosfor gav ett R2-värde på 0,45, och p-värde <0,0001. För totalkväve är korrelationen lägre: R2 = 0,24, p <0,0001. Även jordartfördelningen har betydelse, de avrinningsområden som har högre andel lera hade generellt en större förlust av fosfor. För kvävet fanns inte det sambandet i lika stor utsträckning. Belastningen beräknad med simulationsmodellen S-HYPE:s vattenflöden gav högre värden (10–35% högre belastning) än när det uppmätta arealspecifika flödet från typområdena användes, vilket i förlängningen gjorde det svårare att nå upp till VISS beting för den lägre belastningen. Vid jämförelse mellan belastningen beräknad med länsstyrelsens halter och S-HYPE:s vattenflöde mot en belastning helt simulerad av S-HYPE (dvs. r både halterna och vattenflödet är beräknade med S-HYPE), var belastningen för totalfosfor 2–53% högre för belastningen helt simulerad av S-HYPE. För totalkväve å andra sidan gav länsstyrelsens halter med S-HYPE:s vattenflöde 0–32% högre belastning än S-HYPE:s simulerade belastning.
Vidare valdes tre åar ut för att utreda huruvida våtmarker är en effektiv åtgärd. Resultatet visade att 20–25% av betinget kunde tas upp med hjälp av 1–4 potentiella våtmarker per område på 1,8–4,7 hektar. För åarna med lägre årlig belastning kunde hela betinget åtgärdas. Alltså är våtmarker en bra åtgärd för att minska belastningen av fosfor men det behövs antagligen fler åtgärder på gårdsnivå som komplement.
Nyckelord: avrinningsområde, belastning, fosfor, kväve, S-HYPE, retention, typområden på jordbruksmark, vattenflöde, VISS, våtmark

One of Sweden´s environmental quality objectives is “Zero eutrophication” which implies that the concentrations of nutrients in soils and water must not have negative impact on human health, conditions for biodiversity or the opportunities for all-round use of land and water (Naturvårdsverket 2023). The loss of the nutrients (phosphorus and nitrogen) from arable land is one of the greater contributors to eutrophication of river, lakes, and seas. The county administrative board of Västmanland in Sweden, in collaboration with Life IP Rich Waters, have measured the concentrations of phosphorus and nitrogen in seven agriculturally intensive catchments near lake Mälaren during 2020-2021. The aim of this paper was to calculate the load for each catchment, summarize, evaluate and analyze the data from the measurements and hopefully contribute to improve basis of decision-making as well as to give some suggestions on possible actions for reduction of nutrient losses.
In this paper the data were processed and analyzed and different available data on water flows were used and discussed. Thereafter the nutrient load for each catchment was separately calculated with simulated water discharged from S-HYPE model and with measured water flows from the “Agricultural Monitoring Program”. The loads were compared with each other and in relation to the land use and textural soil distribution in each catchment. Furthermore, the loads of phosphorus were put in comparison with certain reduction target designed by water authorities (VISS a data base developed by the water authorities, the County administrative boards and the Swedish Agency for Marine and Water Management) to get an idea if those targets are reasonable and how the calculated loads compare to them. The reduction targets represent the amount of phosphorus per year each catchment needs to decrease to reach or maintain a good ecological status. Moreover, an evaluation was performed to study if construction of wetlands is an efficient action for decreasing the load of phosphorus, using an available GIS-service.
The results showed that there was a significant correlation between the concentrations of nutrients in water and land use, especially arable land. The correlation for total phosphorus gave R2 = 0,45 and p <0,0001, and for total nitrogen R2 = 0,24, p <0,0001. However, the soil textural composition was important as well. For instance, the catchments with higher clay content had generally larger phosphorus losses. The correlation with soil textural composition was not as strong for nitrogen.
The loads calculated with the simulated waterflow from S-HYPE gave 10-35% higher values compared to the loads calculated with the measured waterflows. This, in comparison to VISS targets, ultimately led to a greater relative reduction (in % of total load) demand to achieve good ecological status.
Three out of the seven catchments were selected and used to study potential effect of constructed wetlands on load reductions. The result showed that the wetlands could retain 20-25% of the targeted amounts from VISS, provided optimal placement. For the catchments with lower targets, the whole targeted amount of phosphorus could be retained. In conclusion, wetlands might be a useful alternative for reducing phosphorus but needs to be complemented by further actions on farm level.
Keywords: catchment, load, nitrogen, phosphorus, S-HYPE, retention, type areas on agricultural land, waterflow, wetland, VISS