Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 758: Oplandsmodellering af vand og kvælstof i umættet zone for oplandet til Højvads Rende

Grant, R., Mejlhede, P. & Blicher-Mathiesen, G. 2009: Oplandsmodellering af vand og kvælstof i umættet zone for oplandet til Højvads Rende. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet. 74 s. – Faglig rapport fra DMU nr. 758

Sammenfatning

Under det nationale overvågningsprogram NOVANA er der siden 1990 gennemført detaljeret overvågning i fem små landbrugsoplande. Overvågningen i oplandene er tilrettelagt således, at det er muligt at opstille en dynamisk model for kvælstofudvaskningen fra rodzonen i oplandet. Formålet med modelopsætningen er at udvikle et redskab til beskrivelse af årsagssammenhænge for vand- og kvælstoftransport i oplandene, samt at frembringe et datasæt til gennemførelse af scenarieberegninger for ændret landbrugspraksis, klimaændringer mm. Denne rapport beskriver og dokumenterer opsætning af rodzonemodellen Daisy, i Højvads Rende oplandet på Lolland.

Det topografiske opland til Højvads Rende udgør 985 ha. Heraf er 65 % landbrug, 30 % skov, 1 % sø/mose og 4 % veje og bebyggelse. Jorden består overvejende af moræneler. Oplandet er et udpræget korndyrkningsområde. Der er kun få husdyr i oplandet. I 2003 blev der udbragt husdyrgødning svarende til 0,2 DE/ha. Mere end 70 % af landbrugsarealet er drænet.

Datagrundlag for oplandsmodelleringen

Overvågningen består af en årlig interviewundersøgelse vedr. landbrugsdriften på alle marker i oplandet, herunder information om afgrøder, så-, høst-, pløjetidspunkter, gødningstilførsel og høstudbytter. Endvidere gennemføres der måling på jordvandet i ca. 1 m’s dybde ved seks jordvandsstationer og på vandløbsvandet ved udløb af oplandet. Herudover foretages pejling af grundvandsstanden ved jordvandsstationerne. Forud for overvågningens start i 1990 blev der gennemført en jordprofilbeskrivelse ved hver jordvandsstation samt ved enkelte øvrige punkter i oplandet.

Daisy modellen er en én-dimensionel model, der beskriver udvaskningen i et punkt. Til en modelkørsel skal der konstrueres tre input filer – en klimafil, en jordfil og en managerfil (fil med landbrugsdata). Der er anvendt én klimafil til hele oplandsmodelleringen, denne er baseret på griddata fra DMI. Managerfilerne er udarbejdet for hver enkelt mark i oplandet på baggrund af informationer fra interviewundersøgelsen. Til dette formål er udviklet et program, som omsætter interviewdata fra databasen for hele perioden 1990-2007 til Daisy-filer med den krævede struktur og syntaks.

Modelopsætning på jordvandsstationerne

Første trin i modelopsætningen for Højvads Rende oplandet er at sætte modellen op for jordvandsstationerne.

Der er opstillet en jordfil for hver jordvandsstation og Daisy er kørt med den tilhørende managerfil. En jordfil indeholder dels en beskrivelse af horisonterne i det øvre jordlag, dels en beskrivelse af de nedre randbetingelser. DAISY-parametrene for jordhorisonterne er bestemt på baggrund af målinger af jordens tekstur og vandholdende evne fra jordprofilundersøgelsen og ved anvendelse af pedo-transfer­funktionerne HYPRES og vanGenuchten. De målte volumenvægte i topjordene var ofte meget høje, hvorfor det har været nødvendigt at foretage tilpasninger. Der er ikke foretaget yderligere kalibrering af jordparametrene. De nedre randbetingelser er karakteriserede ved højtliggende grundvand. Dette er modelleret ved dræning, dvs. der er indlagt et vandstandsende lag (en aquitard) under rodzonen, og vandet er ledt bort gennem dræn. Grundvandsstandens placering og dynamik er kalibreret på plads i forhold til målinger af grundvandsspejlet og målt drænvandsafstrømning ved at justere på ledningsevnen i aquitarden, på drændybden og på drænafstanden.

Den modellerede kvælstofbalance ved jordvandsstationerne er analyseret ved sammenligning med målte N-koncentrationer i jordvandet samt oplyste udbytter. Med hensyn til afgrøderne er der søgt anvendt samme kalibrering for alle fem overvågningsoplande, og denne er begrænset til vinterafgrøder og vårbyg. For vinterafgrøderne var det nødvendigt med en tilpasning, idet DAISY ikke kunne håndtere sene såtidspunkter. For Højvads Rende viste det sig imidlertid, at det var nødvendigt at kalibrere vinterhveden til en højere vækstrate end i de øvrige fire oplande samt at undlade kalibrering af vårbyggen. Der er ikke foretaget nogen kalibrering af de organiske puljer i jorden.

Til modellering af ikke landbrugsarealer er der opstillet Daisy jordsøjler for humusjorde, vedvarende græs ved bebyggelse og skov. Ved disse opsætninger antages, at jordens organiske puljer er i nogenlunde ligevægt. For at opnå dette var det nødvendigt at sættes en del af det organiske materiale i en inert pulje i jordfilen; for skov udgjorde denne andel 99 %, for humusjord 85-90 % og for vedvarende græs 40 %.

Oplandsmodelleringen

Næste trin i modelleringen er at gennemføre en beregning for hele oplandet. Hertil er anvendt et sæt af geografisk relaterede kort. Med hensyn til jorden er der taget udgangspunkt i at hver jordvandsstation repræsenterer en specifik jordtype. På baggrund af jordtypekort fra DJF og jordartskort fra GEUS er jordvandsstationerne således bredt ud til hele oplandet. For landbrugspraksis findes et markkort for hele oplandet for hvert år, i alt 18 års markkort. Disse kort er stemplet sammen, og hver ny polygon repræsenterer en unik markstump med en tilhørende unik managerfil. Det nye markkort er yderligere stemplet sammen med kortet med jordvandsstationernes udbredelse. Hver ny polygon repræsenteres herved af en unik managerfil med en unik jordfil. Til slut er der lagt et 50x50 m2 grid ned over oplandet. Daisy er kun modelleret for første gridpunkt i hver unik polygon for at spare på regnekraften, hvorefter der er gennemført en arealvægtning.

Vurdering af oplandsmodelleringen

Oplandsmodelleringen repræsenterer den samlede vand- og kvælstofbalance for oplandet. Resultatet heraf kan sammenlignes med målinger af vandløbstransporten, som ligeledes repræsenterer den integrerede transport ud af oplandet. Resultaterne viser at dynamikken i vandafstrømningen fra rodzonen svarer fint til vandafstrømningen fra oplandet. Den gennemsnitlige årlige perkolation fra rodzonen blev opgjort til 192 mm, mens afstrømningen til Højvads Rende blev målt til 152 mm. Ved sammenligning til den nedstrøms liggende vandløbsstation Halsted Å blev der imidlertid målt en vandafstrømning på 217 mm. Herudfra blev det vurderet at vandbalancen så fornuftig ud.

Den modellerede kvælstofbalance for umættet zone i det topografiske opland til Højvads Rende viser, at der i gennemsnit for beregningsperioden blev tilført 110 kg N/ha pr. år, mens der blev fjernet 69 kg N/ha pr. år med afgrøderne, udvasket 28 kg N/ha og denitrificeret 25 kg N/ha pr. år. Endelig blev der modelleret en årlig nedgang i de organiske puljer på 9 kg N/ha.

Dynamikken i kvælstofudvaskningen fra rodzonen svarer godt til dynamikken i N-transporten til vandløbet. Den målte N-transport til vandløbet udgør ca. 50 % af rodzoneudvaskningen, hvilket skyldes, at der sker en omsætning af kvælstoffet i grundvandet, inden det når ud til vandløbet.

De modellerede høstudbytter for landbrugsarealet er i gennemsnit lidt lavere end de oplyste udbytter, henholdsvis 110 og 121 kg N/ha. Undervurderingen kan alene tilskrives kornafgrøderne, og specielt vinterhveden. Samme undervurdering blev ikke observeret ved jordvandsstationerne. Det er muligt, at der ved anvendelse af et bredere datamateriale for landbrugspraksis opstår forhold, som sammen med den tætte lerjord i Højvads Rende ikke kan håndteres i Daisy. Det skal i denne sammenhæng påpeges, at der er usikkerhed på både de modellerede og de oplyste udbytter.

Der er således behov for yderligere undersøgelser til belysning af afgrødekalibreringen i Højvads Rende. Endvidere er der behov for nærmere at analysere udviklingen i jordens organiske puljer og denitrifikationen på tværs af de fem oplande.

Hele rapporten i pdf-format (4,2 MB)