The effect of decreasing fertilization on agricultural nitrogen leaching: a model study

Abstract

Typpilannoitteiden käyttö Suomessa on vähentynyt tuntuvasti, mutta laajat ja pitkäaikaiset vedenlaadun havaintoaineistot osoittavat, että selkeää alenemista tutkimusvaluma-alueiden ja jokivesistöjen typpikuormituksessa ei ole havaittavissa. Tästä syystä on tärkeää arvioida millaiseen juuristovyöhykkeestä tapahtuvaan typen huuhtoutumisen vähenemiseen todettu alentunut typpilannoitus voi potentiaalisesti johtaa. Tässä tutkimuksessa käytettiin ICECREAM-huuhtoumamallia arvioitaessa sääolojen ja alentuneen lannoitustason vaikutusta peltomaan nitraattityppihuuhtoumaan. Mallinnusten lähtöaineistona käytettiin säähavaintoja viideltä eri puolella Suomea sijaitsevalta ilmastoasemalta. Mallilla laskettiin typen huuhtouma jaksolla 1991 2000 ohrakasvustosta 1) vakiolannoitustasolla 90 kg N ha 1 ja 2) vuosittain lineaarisesti alenevalla (110 90 kg N ha 1) lannoitustasolla. Vakiolannoitustasolla keskimääräinen huuhtouma oli 24 prosenttia käytetyn lannoitteen määrästä. Huuhtouman vaihtelu oli huomattavaa eri vuosien ja alueiden välillä molemmissa simulointitilanteissa. Laskevaa lannoitustasoa käyttäen huuhtouma väheni kaikilla alueilla lähestyen peruslannoitustasoa vastaavaa huuhtoumaa, mutta väheneminen ei ollut lineaarista. Mallinnustulokset osoittivat, että typpilannoituksen väheneminen voi vähentää myös typpihuuhtoumaa peltomaasta. Kymmenen vuoden tarkastelujaksolla huuhtouman pieneneminen ei kuitenkaan ollut lineaarista vaan vaihteli vuosittain voimakkaasti sääoloista riippuen. Tämä on syytä ottaa huomioon arvioitaessa lannoituksen vähenemisen vaikutuksia veden laatuun valuma-alueilla.

In Finland, the use of agricultural nitrogen (N) fertilizers has decreased since the beginning of the 1990 s but there is not yet any clear response in observed water quality in the monitored agricultural catchments and river basins. It is therefore important to analyse how the reduction in N fertilization affects N leaching at the root zone scale. In this study the nutrient leaching model ICECREAM was used to demonstrate the effects of climatic conditions and decreased N input on N leaching. Ten years (1991 2000) of climatic input data from five stations located in different parts of the country were used as input to simulate nitrate N (NO3-N) leaching from barley cultivation with i) constant N fertilization (Baseline simulation, 90 kg N ha 1) and ii) decreasing N fertilization (N Reduction Scenario simulation: annual linear decrease from 110 to 90 kg N ha 1). The annual and regional variation of simulated N leaching was considerable in both the Baseline and N Reduction Scenario simulations. In the Baseline simulation the average annual NO3-N leaching was 24% of the N fertilization amount. From 1991 to 2000, the annual N leaching decreased close to Baseline leaching values in the N Reduction Scenario simulations, but the decrease was not linear due to high variability in N losses caused by changes in annual weather conditions. The model results indicate that it is possible to achieve a reduction in root zone N leaching by adjusting the fertilizer levels.