Nitrogen leakage from different land use types : a comparison between the watersheds of Graisupis and Vardas, Lithuania

Abstract

Eutrophication problems in the Baltic Sea have drawn attention to the contribution of nutrients from surrounding countries. The problems have attracted considerable attention to non-point source nitrogen pollution of rivers and lakes. The ability to predict nitrogen export from inland sources is essential in order to evaluate the effects of anthropogenic activities, of which the leakage from agriculture is one.

In this study the nitrogen leakage from different kinds of land use is investigated in Lithuania. The overall aim is to develop an easy, fast and cheap methodology, in order to measure nitrogen leakage. Thus, a method used in the Genevad drainage basin, Sweden, was applied (Wickberg, 2000). The latter uses an established relationship between nitrate/nitrite and conductivity in order to count for the nitrogen leakage. Another part of the aim is to present a new method of land use mapping at the Lithuanian Institute of Water Management. The study includes a comparision between the watersheds of river Graisupis, an agricultural region, and river Vardas, in a more hilly part of the country.

In order to carry out the study, land use maps, based on aerial photos from 1995, was created and water samples were collected and analysed. The data material was then analysed and presented with statistical- and GIS- methods. A Digital Elevation Model (DEM) was used together with an application written in Visual Basic 6.0, in order to isolate sub-drainage basins, which were used in the analyse of leakage.

The results show that there is no significant relationship between conductivity and nitrite/nitrate in either of the two watersheds. Thus, the regression equation for these two variables could not be used to count for the nitrogen leakage from different land use classes using the collected conductivity values. This shows that the method used in the Genevad drainage basin is not valid in the study area, and thus the overall aim of the study (easy, fast, cheap) could not be achieved. When instead using the measured conductivity values, in order to observe the leakage of nutritive salts from different land use classes, they show that there is a high leakage from forest in both watersheds. Also, the correlations between the distribution of a specific land use class and the amount of nitrogen in the river, show a small significance only in forests in Graisupis. Thus, forest seems to affect the leakage of nutrients. However, riverine transport of nitrogen cannot only be based exclusively on land use. Other catchment characteristics must also be considered in order to understand the influences from different processes concerning nitrogen leakage.

Abstract (Swedish)

Östersjön har stora problem med övergödning, eutrofiering, vilket beror på en ökad transport av näringsämnen från omgivande länder. Näringen kommer främst i form av kväve och fosfor från jordbruket och transporteras ut i Östersjön via floder. Framförallt kväve har stor påverkan på övergödningen, som i sin tur leder till fiskdöd, algblomning och syrefria bottnar i sjöar.

I den här studien ska läckaget av kväve från olika typer av markanvändning i Litauen undersökas. Nyttan med detta är att ta reda på hur människan, genom att bruka marken, påverkar läckaget av kväve, och att i det långa loppet komma fram till metoder för att minska läckaget. Den här studien har som mål att använda en snabb, enkel och billig metod för att mäta kväveläckaget. Metoden har tidigare använts i Genevadsån i Halland (Wickberg, 2000) och använder sig av ett etablerat förhållande mellan nitrat (en form av kväve) och konduktivitet (vattnets ledningsförmåga) för att räkna fram mängden kväve i ett vattendrag. Två olika vattendrag med omgivande land undersöktes, Graisupis och Vardas. Graisupis ligger i ett område där jordbruket dominerar, medan Vardas ligger i ett område dominerat av betesmark och skog. En jämförelse mellan dessa två områden var därför intressant.

De metoder som användes för att komma fram till resultaten var följande:

* två markanvändningskartor gjordes över båda vattendragen med omgivande land med hjälp av flygbilder.
* vattenprover samlades in längs floderna och värdena för konduktivitet, total kväve och nitrit/nitrat togs fram i laboratorium.
* två digitala höjdmodeller skapades för att få fram mindre dräneringsområden längs vattendragen
* och slutligen användes statistiska metoder för att analysera och utvärdera de resultat som uppnåddes.

Resultaten visade att det inte fanns något samband mellan nitrat och konduktivitet i något av vattendragen, och därför kunde målet att finna en snabb, enkel och billig metod inte uppnås. Däremot fanns ett svagt samband mellan en stor andel skog och höga kvävevärden i Graisupis. Samma resultat uppnåddes då konduktivitetsvärdena analyserades, d.v.s. höga värden från skogar, men då i båda vattendragen. Sammanfattningsvis kan sägas att skogar påverkar kväveläckaget i dessa områden. Troliga förklaringar till detta kan vara att mycket kvävepartiklar faller ut från atmosfären ner på skogarna, och försvinner sedan genom marken ut i vattendragen. Dessa kvävepartiklar kommer bl.a. från industrier. Marken utsätts även för surt regn. Detta regn innehåller ett högre antal vätejoner som reagerar med markens humuslager i skogar, vilket gör att vissa joner frigörs (framförallt kalcium) och det leder till ett högre konduktivitetsvärde i vattnet.

Slutligen bör nämnas att framtida studier inom detta område bör inkludera även andra saker som kan påverka kväveläckaget, inte bara markanvändning. Exempel kan vara jordens textur, hur man brukar marken och hur vattnet rör sig i marken inom dräneringsområdena. Allt detta påverkar också kväveläckaget. Även något större studieområden är att föredra.

• author: Andersson, Claes and Lagerström, Malin
• supervisor: Ulrik Mårtensson; Antanas Sigitas Sileika
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• alternative title: Kväveläckage från olika typer av markanvändning : en jämförelse mellan Graisupis och Vardas dräneringsområden, Litauen
• year: 2000
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geomorphology, physical geography, mapping, pollution, land use, Baltic Sea, eutrophication, klimatologi, geomorfologi, cartography, kartografi, marklära, climatology, naturgeografi, pedology
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 69
• funder: The Royal Swedish Academy of Engineering Sciences (IVA)
• funder: Svenska Institutet
• language: English
• additional info: Antanas Sigitas Sileika, Director at the Lithuanian Institute; of Water Management (LIWM).
• id: 1332881
• date added to LUP: 2005-10-27 00:00:00
• date last changed: 2015-06-18 14:04:19