A rainfall simulation study on the relationships between soil test P versus dissolved and potentially bioavailable particulate phosphorus forms in runoff

Abstract

Valumavesiin liuenneen fosforin lisäksi osa maaaineksen mukana pelloilta kulkeutuvasta fosforista kiihdyttää vesistöjen rehevöitymistä. Koska maaainesfosforin rehevöittävien muotojen määrittäminen valumavesistä on kallista, näiden rehevöittävien fosforijakeiden suuruus tunnetaan huonosti. Tämän työn tarkoituksena oli arvioida mahdollisuuksia käyttää viljavuustutkimuksen fosforilukua rehevöittävien fosforijakeiden pitoisuuden arviointiin siten, että tulokseksi saadaan rehevöittävän fosforin määrä erodoitunutta maa-aineskiloa kohden. Yhdistämällä tämä tieto mitattuihin eroosiomääriin, voitaisiin kenttäkoetuloksista laskea arvioita rehevöittävistä fosforikuormista nykyistä luotettavammin. Tutkimuksen aineisto koostui 15 maanäytteestä, jotka oli haettu savimailta eri puolilta Etelä- Suomea. Maiden savespitoisuudet vaihtelivat välillä 31 63 %, pH-luvut 5,0 7,4, hiilipitoisuudet 1,5 4,2 % ja viljavuusuuton fosforiluvut 3 46 mg P/l. Maanäytteet pakattiin laboratoriossa vanerilaatikoihin ja kostutettiin vedellä kyllästyneeseen tilaan, jollaisessa ne ovat usein talven ja kevään valuntahuippujen aikana. Laatikot asetettiin 2,5 2,8 asteen kallistukseen ja niitä sadetettiin sadesimulaattorissa 2 tuntia intensiteetillä 5 mm/h. Sadetuksen aikana laatikoista poistuneesta valumavedestä määritettiin veteen liuenneen fosforin pitoisuus, sekä veden mukana kulkeutuneen maa-aineksen fosforijakeista leville helposti käyttökelpoinen jae ja pelkistyneissä oloissa veteen liukeneva jae. Valumaveden liuenneen fosforin pitoisuus suureni selkeästi maan fosforiluvun kasvaessa (r2 0,84), kun taas maan fosforiluvun ja erodoituneen maa-aineksen sisältämän rehevöittävän fosforin välinen yhteys oli heikompi (r2 0,56 0,58; rehevöittävä maa-ainesfosfori suhteutettuna maa-aineskiloa kohden). Eroosioaineksen sisältämän rehevöittävän fosforin pitoisuuden ennustaminen maan fosforiluvun perusteella näyttäisi olevan mahdollista. Ennusteiden luotettavuuden kannalta maan fosforiluvun ja eroosioaineksen sisältämien fosforijakeiden väliset yhteydet olisi kuitenkin määritettävä erikseen useista, ominaisuuksiltaan melko yhtenäisistä maa-aineistoista, koska muutkin maan ominaisuudet kuin pelkkä fosforiluku vaikuttavat ennusteyhtälöihin. Esimerkiksi tämän työn tuloksiin pohjautuvaa ennusteyhtälöä käyttämällä valuman mukana poistuvan eroosioaineksen rehevöittävän fosforin pitoisuuksista olisi saatu liian pieniä arvioita neljältä koekentältä.

Runoff from clayey soils often contains abundant particulate phoshorus (PP), part of which may solubilize in surface waters. Monitoring losses of potentially bioavailable forms of PP is expensive, calling for other ways to predict them. Such predictions could be based on soil loss and available soil P indices, e.g., agronomic P status. To study correlations between P pools in runoff versus soil P saturation (by Mehlich 3 extraction; DPSM3) and acetate soil test P (PAc), 15 clayey soils of south Finland were subjected to laboratory rainfall simulation. Runoff from these simulations was analyzed for concentrations of suspended soil (TSS), dissolved molybdate-reactive P (DRP), total P (TP), and, as normalized to soil loss, potentially bioavailable forms of PP: desorbable (anion exchange resin-extractable, AER-PP/TSS) and redox-labile PP (bicarbonate- dithionite-extractable, BD-PP/TSS). Correlation coefficients (r2) between DPSM3 and DRP, AER-PP/ TSS, and BD-PP/TSS equaled 0.92, 0.77, and 0.45, respectively. Runoff P forms were also correlated to soil PAc with r2 values of 0.84, 0.56, and 0.58 for DRP, AER-PP/TSS, and BD-PP/TSS, respectively. Prediction of soil loss-normalized concentrations of potentially bioavailable PP by the agronomic PAc test was considered possible. However, such predictions have a high degree of uncertainty, evidenced by comparison to published field data. Acceptably accurate predictive equations would require a large material as a basis for their construction, and soils should probably also be grouped according to other soil properties that would account for variation in P sorption capacity.