Förbättring av beräkningsmetodiken för diffus belastning av fosfor från åkermark

Diffusa förluster av näringsämnen från åkermark är en stor och relativt osäker källa för belastning på vatten eftersom de inte går att mäta annat än i mycket små fältförsök utan måste beräknas. Metodiken för beräkning av fosforförluster för jordbruksmark är nyframtagen och grundas på läckagekoefficienter som framräknades med ICECREAMDB-modellen. Dessa läckagekoefficienter beräknades för PLC5-rapporteringen till HELCOM för 22 läckageregioner, 15 grödor, 10 jordarter, 3 lutningsklasser samt 3 klasser för markens fosforhalt (P-halt) (Brandt m.fl., 2008).

Problem som uppträder på grund av bristfällig indata på nationell skala är inte fokus i detta projekt. Men eftersom bristande indata påverkar våra möjligheter att bedöma modellens prestation testades modellen och läckagekoefficienter i ett antal studieområden för vilka mer detaljerade indata redan finns eller kan skaffas. En analys av avvikelser mellan modellerade resultat och uppmätta data för avrinnande vatten utfördes för att identifiera både svagheter i metodiken och möjliga förbättringar inför framtida beräkningar. För att i största möjliga mån avskilja jordbruket som P-källa från övriga källor studerades små avrinningsområden där jordbruksförluster dominerar övriga P-källor. För att undvika osäkerheter kring P-retention i sjöar valdes dessutom områden med liten eller ingen sjöyta. Förutom denna avvikelseanalys studerades ytterligare två frågor. Den ena berör underlaget för införandet av säsongs- eller flödesberoende läckagekoefficienter vilket studerades genom statistiska analyser av mätdata. Den andra berör de iakttagna höga P-förluster i region 9 där det gjordes en jämförelse av beräkningsresultat och befintliga mätdata.

Tre grundförklaringar för avvikelser mellan uppmätta och modellerade värden identifierades:

  1. Indata är inte representativa eller är för grova för att kunna beskriva förhållanden i det berörda delavrinningsområdet.
  2. Parametriseringen av ICECREAMDB modellen är inadekvat och/eller gjorda antaganden är osäkra.
  3. Processer i modellen är inte beskrivna på tillbördigt sätt och bör modifieras/bytas ut för att förbättra resultaten.

Beträffande gjorda antaganden med avseende på osäkerheter kring klassindelningen av lutningen och markens P-halt föreslår vi användning av regressionsekvationer som möjliggör användning av diskreta värden för varje delavrinningsområde istället för klasser.

I detta projekt identifierades också ett antal områden där det finns stor potential att förbättra modellens beskrivning av viktiga processer för P-transport, där den viktigaste är beskrivningen av P-kemi och P-pooler i marken. Dessutom kan användningen av modellen förbättras genom en mer jordartsberoende parametrisering av till exempel parametrar som styr fördelningen mellan ytavrinning och infiltration eller partikelgenerering.

Därutöver föreslår vi en utökad kalibrering och testning av både ICECREAMDB-modellen och de framräknade läckagekoefficienterna genom att i ett första steg sätta upp, parametrisera, kalibrera och validera ICECREAMDB för relevanta observationsfält för att minska osäkerheter och testa modellens prestation. Sedan, i det andra steget, föreslår vi uppsättning, parametrisering, kalibrering och validering av en källfördelningsmodell för ett antal små, sjölösa, jordbruksdominerade avrinningsområden för att testa och validera framräknade läckagekoefficienter och ge feedback till fältmodellering samt till framtida beräkningar.

Utförda statistiska analyser visar at det finns lite underlag för att kunna införa säsongsvisa eller flödesberoende läckagekoefficienter istället för den årsmedelhalt som används för tillfället.

En jämförelse av de höga P-förluster i läckageregion 9 med uppmätt data visade att beräkningarna snarare underskattade än överskattade P-förluster.