Nr. 77: Redegørelse for udvikling i landbrugets fosforforbrug, tab og påvirkning af Vandmiljøet

Andersen, H.E., Baatrup-Pedersen, A., Blicher-Mathiesen, G., Christensen, J.P., Heckrath, G., Nordemann Jensen, P. (red.), Vinther, F.P., Rolighed, J., Rubæk, G. & Søndergaard, M. 2016. Redegørelse for udvikling i landbrugets fosforforbrug, tab og påvirkning af Vandmiljøet. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 86 s. - Teknisk rapport fra DCE - Nationalt Center for Miljø og Energi nr. 77
http://dce2.au.dk/pub/TR77.pdf

 

Sammenfatning

Der er i det efterfølgende givet en fyldig sammenfatning af de tekniske afsnit i rapporten.

Udvikling i fosforforbrug, og -tab til overfladevand

Fosfor i jorden

Fosfor tilført jorden bindes normalt hårdt, og der vil til enhver tid kun være en meget lille mængde uorganisk fosfor opløst i jordvæsken, hvorfra den er tilgængelig for planteoptag eller udvaskning. Bindingskapaciteten for fosfor i jord er begrænset, dog varierer den ganske betydeligt for forskellige jordtyper og med dybden. Tilføres der fosfor til jorden, vil størstedelen bindes i jorden, og koncentrationen i jordvandet vil kun stige ganske ubetydeligt, hvis jordens bindingskapacitet for fosfor ikke er opbrugt. Ved fortsat tilførsel beslaglægges jordens fosforbindingskapacitet imidlertid, og der vil kunne ske mærkbare stigninger i fosforkoncentrationen i jordvæsken.

Bindingskapaciteten i danske højbundsjorde er især bestemt af indholdet af jern- og aluminiumoxider, som især findes i lerfraktionen, og desuden af pH, redoxforhold og jorddybde. Bindingskapaciteten er jordtypeafhængig, således er bindingskapaciteten i JB1-jorde (sand) hhv. 60 % og 70 % af bindingskapaciteten i JB4- og JB6-jorde (lerjorde).

Fosformætningsgraden er et udtryk for, hvor stor en del af jordens totale fosforbindingskapacitet, der allerede er besat. På højbundsjorde bestemmes mætningsgraden som forholdet mellem oxalatekstraheret fosfor, jern og aluminium.  En fosformætningsgrad på højbundsjord på over 25 % anses i Holland for kritisk, idet den giver anledning til en jordvæskekoncentration på 0,1 – 0,15 mg total P l-1. Til sammenligning er gennemsnitskoncentrationen i vandløb, der afvander landbrugsområder i Danmark ca. 0,1 mg total P/l (Jens Bøgestrand, pers.kom.)

Opgørelser fra KVADRATNETTET viser, at landbrugsjordene i Danmark i gennemsnit indeholder ca. 4,8 t totalfosfor pr. ha, mens løvskovsjorde, som må antages at have været udenfor landbrugsmæssig drift, indeholder ca. 2,5 t totalfosfor pr. ha indtil 75 cm dybde. Fosformætningsgraden i pløjelaget i de undersøgte landbrugsjorde var i gennemsnit 32 % (data fra 1997/1998). Kvadratnets-undersøgelsen viser en markant stigning i jordens totale indhold af fosfor i løbet af en tiårsperiode fra 1986 til 1997/98. Der er ikke siden lavet en lignende undersøgelse. Denne stigning fandt vel at mærke i lige så høj grad sted under pløjelaget (14,3 kg fosfor/ha årligt i 25 - 50 cm dybde) som i selve pløjelaget (11,5 kg fosfor/ha årligt i 0 - 25 cm dybde). Den store stigning i underjordens indhold af totalfosfor er et klart tegn på, at overjorden i mange tilfælde ikke længere tilbageholder fosfor i samme grad som tidligere.

Potentialet for tab af fosfor

Ekstraktion af jordprøver med vand kan give en indikation af, hvor meget fosfor jorden kan frigive til jordvandet, som er direkte relevant i forbindelse med fosforudvaskning. Adskillige studier viser en sammenhæng mellem jordens indhold af fosfor karakteriseret ved fosformætningsgrad og tabspotentialet for fosfor. Bestemmelse af fosformætningsgrad er ingen standardanalyse. Derimod udføres der hvert år mange tusinde fosfortalsanalyser på jordprøver fra pløjelaget i danske marker. Fosfortallet er en indikator for mængden af plantetilgængeligt fosfor. Danske undersøgelser har vist, at der også er en tydelig sammenhæng mellem vandopløseligt fosfor - og dermed tabspotentialet for fosfor - og fosfortallet.

Når jordvand beriget med opløst fosfor nedsiver fra pløjelaget til dybere jordlag, er der mulighed for at fosfor ved kontakt med overflader på jordpartikler bliver genbundet. En kritisk høj fosformætningsgrad eller fosforstatus i pløjelaget betyder derfor ikke i sig selv, at der tilføres fosfor til vandmiljøet. Imidlertid er det sikkert, at en øgning i nettotilførslen af fosfor vil øge fosformætningsgraden og alt andet lige dermed øge potentialet for tab af fosfor. Fosfor kan udover tab på opløst form ved udvaskning eller overfladisk afstrømning også tabes som partikulært bundet fosfor ved jorderosion, overfladisk afstrømning og via makroporer til dræn. Når fosforindholdet i jorden øges, øges også potentialet for tab af partikulært bundet fosfor via disse transportveje. Det er ikke muligt direkte at slutte fra en øgning i fosforoverskuddet til en øget tabsrisiko, da dette i meget høj grad vil bestemmes af lokale forhold, dyrkningshistorie og jordens fysisk-kemiske egenskaber på den enkelte mark. Her er der behov for modelberegninger, der inddrager de individuelle forhold.

Målinger af fosfortab

Danske målinger af fosfortab opdelt på transportveje er få. Udvaskning via dræn er generelt lav, men 10 – 20 % af de undersøgte dræn kan betegnes som risikodræn. Udvaskning af fosfor fra rodzonen er lav på hovedparten af de få undersøgte marker, men ca. 25 % af markerne har enten konstant høj udvaskning eller enkelte år med høj udvaskning. Fosforkoncentrationen i det øvre grundvand er generelt lav og uafhængig af jordtype, men koncentrationen varierer dynamisk, og der forekommer ekstremt høje fosforkoncentrationer, specielt under de få undersøgte lerjordsoplande. Vi er med det nuværende vidensniveau ikke i stand til at udpege og kortlægge risikodræn og områder med forhøjet udvaskning fra rodzonen og tab til grundvand.

Det første forsøg på at kvantificere bidrag til diffust fosfortab til overfladevand ad forskellige transportveje (Kronvang og Rubæk, 2005) indikerede, behæftet med stor usikkerhed, at brinkerosion bidrager med mere end halvdelen af fosfortabet, erosion bidrager med mindre end 5 %, dræn på hhv. højbund og lavbund med hver 10 – 15 %, mens bidraget fra øvre grundvand udgør op mod 10 %.

Landbrugets forbrug af fosfor

Bortset fra under de to verdenskrige har der været konstant overskud i landbrugserhvervets fosforbalance. Det højeste niveau blev nået i 1979 med ca. 28 kg P ha-1. Siden har overskuddet været faldende til det nuværende niveau på ca. 5 kg P ha-1 svarende til niveauet i begyndelsen af forrige århundrede. Summeret for det 20. århundrede er der netto-tilført ca. 1,4 tons P ha-1 landbrugsjord (ekskl. brak). I perioden 1990–2013 er forbruget af fosforhandelsgødning faldet fra 40.400 tons P/år til 11.300 tons P/år. I samme periode er fosfortilførsel med husdyrgødning reduceret med 13.300 tons P/år svarende til en reduktion på 25 %. Siden indførsel af afgiften på foderfosfater er fosfortilførslen med husdyrgødningen faldet med ca. 11 %. De resterende ca. 14 % hænger primært sammen med forbedrede fodringsstrategier og øget udnyttelse af fosfor i foderet.

Forbruget af fosfor varierer mellem bedrifter og især mellem bedriftstyper. Tildeling af husdyrgødning reguleres gennem harmonikrav bestemt ud fra husdyrgødningens indhold af kvælstof. Tildelingen af fosfor afhænger således af forholdet mellem kvælstof og fosfor i husdyrgødningen. Husdyrgødning fra pelsdyr, fjerkræ samt svin har relativt meget fosfor i forhold til kvælstof, og det er da også på disse bedriftstyper, at markoverskuddet af fosfor er størst, hhv. gennemsnitligt 10 kg P ha-1 for pelsdyr- og fjerkræbedrifter, 5 kg P ha-1 for svinebedrifter mod 3 kg P ha-1 for kvægbedrifter og 1 kg P ha-1 for planteavlsbrug (data for 2013). Langt størstedelen af det danske landbrugsareal (ca. 79 %) har en samlet fosfortildeling på 30 kg P ha-1 eller mindre. Kun en marginal del (ca. 1 %) tildeles mængder på 50 kg P ha-1 eller mere.   Gennemsnitligt fraføres ca. 20 kg P/ha ved høst (Blicher-Mathiesen et al., 2015).   

Betydning af en ændring af harmonikravet fra 1,4 til 1,7 DE ha-1

En ændring af harmonikravet fra 1,4 til 1,7 DE ha-1 vil berøre svine-, fjerkræ- og pelsdyrbedrifter. For kvæg-, får-, gede- og hjortebedrifter er harmonikravet allerede 1,7 DE ha-1. På data fra landovervågningsoplandene er det beregnet, at en øget tildeling af husdyrgødning på 0,3 DE ha-1 vil betyde en øgning af fosfortilførslen på hhv. 7-13 kg P ha-1 for svinebedrifter, 8-11 kg P ha-1 for minkbedrifter og 8-23 kg P ha-1 for fjerkræbedrifter. Den eksakte øgning bestemmes af husdyrgødningens N:P-forhold, som afhænger af husdyrart og staldtype. Når svine-, fjerkræ- og pelsdyrbedrifter må anvende en større del af den producerede gødning på egen bedrift, må det forventes, at der bliver en mindre eksport af husdyrgødning til planteavlsbrug. Tilsvarende må forbruget af fosforhandelsgødning på planteavlsbrug forventes at stige. Forudsættes en uændret husdyrproduktion, vil en ændring af harmonikravet fra 1,4 DE ha-1 til 1,7 DE ha-1 således føre til, at husdyrgødning fra den eksisterende husdyrproduktion udspredes på et mindre areal end det nuværende, og at bedrifter med en nuværende import af husdyrgødning fra svin, mink eller fjerkræ vil i et vist, men sandsynligvis ikke fuldt omfang kompensere for den reducerede tildeling af fosfor gennem husdyrgødning ved tildeling af fosforholdig handelsgødning. Gennemsnitligt betragtet har alle de berørte bedriftstyper allerede et markoverskud af fosfor hvorfor den ekstra fosfortilførsel som følge af en ændring af harmonikravet vil øge markoverskuddet i forholdet 1:1.

Ved en stigende overskudstilførsel af fosfor vil fosformætningsgraden øges, og dermed øges risikoen for, at der udvaskes fosfor alt afhængigt af fosfor-mætningsgraden i udgangssituationen på den enkelte mark. Det er derfor ikke muligt direkte at oversætte øgningen i fosforoverskud som følge af en lempelse af harmonikravet til en øgning i fosforudvaskningen uden at kende forholdene på den enkelte mark. Imidlertid er det sikkert, at en øgning i nettotilførslen af fosfor alt andet lige vil øge potentialet for tab af både opløst fosfor ved udvaskning og overfladisk afstrømning og partikulært bundet fosfor med jorderosion og overfladisk afstrømning, samt strømning gennem makroporer. En generel regulering der hindrer stor ophobning af fosfor på landbrugsarealet kan derfor bidrage til at sikre, at fosfortabene ikke øges på længere sigt. Større effekt og egentlige reduktioner i fosfortabet vil kunne opnås, såfremt man udpeger risikoarealer og sætter ind med målrettede virkemidler der. Et sådant operationelt værktøj til at udpege risikoarealer er pt. ikke udviklet for samtlige tabsveje for fosfor.

Fosfors indvirkning på overfladevandsområder

Fosfor er som for planter i landbrugsproduktionen et meget væsentligt næringsstof som, hvis det er i underskud, kan have betydning for vækstbetingelserne for vandplanter i bred forstand (både planteplankton (encellede alger) og blomsterplanter). Fosfors betydning i forhold til det andet vigtige næringsstof, kvælstof, skifter ikke alene mellem vandtyperne (vandløb søer og havet), men også hen over året.

Der er dog det til fælles for alle typer af overfladevand, at mængden af fosfor (koncentrationen) på et eller andet tidspunkt eller under bestemte betingelser er begrænsende for plantevæksten, herunder især væksten af planteplankton. Det er i de situationer, at en øget tilførsel af fosfor kan have negative miljøkonsekvenser – og omvendt at en reduktion i fosfortilførslen kan have en positiv effekt på tilstanden.

Vandløb

Fosfor vil påvirke lysforholdene i vandløbet og sammensætningen af arter. Det bevirker også, at vandløbets økologiske tilstand vurderet i forhold til planterne påvirkes. Fosfor koncentrationer i vandløbsvandet, der overstiger en given grænse, udgør derfor en risiko for målopfyldelse ift. Vandrammedirektivet.

Søer

Søvandets indhold af fosfor (og dermed tilførslen af fosfor) spiller en afgørende rolle for søernes vandkvalitet og økologiske tilstand, fordi fosfor som oftest er det begrænsende næringsstof for produktionen af planteplankton. Reduceret tilførsel af fosfor anbefales derfor oftest som den primære styrende faktor i forhold til at forbedre søers tilstand – f. eks. i form af en øget sigtdybde.

Koncentration og tilførsel af fosfor kan også direkte relateres til de biologiske kvalitetselementer, der anvendes til at vurdere den økologiske kvalitet i søer jf. Vandrammedirektivet. Dette gælder for planteplankton og undervandsplaner samt indholdet af klorofyl a (et mål for planktonmængden). Dermed får tilførsel af fosfor og søvandets indhold også en afgørende rolle i forhold til udarbejdelsen af vandplaner og de danske søers forvaltning. Det skal bemærkes, at anvendelse af sammenhænge mellem næringsstoffer, her fosfor, og biologiske kvalitetselementer ofte har en stor variation.

Koncentrationen af fosfor er faldet i de danske søer siden 1989, men først og fremmest i den del af søerne, som er mest næringsrige og mest i starten af perioden, hvor der blev gennemført forbedret spildevandsrensning. Tilsvarende mindskes indhold af klorofyl a i de mest uklare af søerne og især i løbet af 1990’erne. Indholdet af fosfor er endnu for højt i de fleste danske søer til at de opfylder målsætningen om mindst god økologisk tilstand.

Kystnære marine områder

Fosfor har generelt stor betydning for miljøtilstanden i det marine miljø særligt i de lukkede og mest ferske fjorde. Det gælder både for produktionen af planteplankton og som følge heraf også for bundlevende flora og fauna.  Effekten af tilførsel af fosfor skal dog ses i sammenhæng med udledning af andre næringsstoffer særligt kvælstof. Samlet set for de danske farvande spiller kvælstof en vigtigere regulerende rolle end fosfor, og der er også stadig et behov for reduktion i kvælstoftilførslerne. Men i visse kystnære områder og på visse tider af året er fosfor det vigtigste næringsstof. Det vurderes derfor, at kvælstof, isoleret set, har størst betydning for regulering af plantevæksten i det danske havmiljø – men at også forfor spiller en væsentlig rolle.