En jämförande studie mellan uppmätt och MACRO-simulerad pesticidutlakning på ett odlingsfält i Skåne

Abstract

The Swedish Environmental Protection Agency (Naturvårdsverket) manages an environmental supervisor program in which they attempt to calculate the amount of pesticide leaching in various catchments in different parts of Sweden. In the present study, this kind of calculation was done for the Vemmenhög catchment in southern Sweden using the MACRO simulation model. The MACRO model is a non-steady state model of water flow and solute transport in macroporous field soils. In order to improve and validate the calculations, one field within the catchment at Näsbygård (Skåne, southern Sweden) has been investigated for soil physical properties such as the near saturated conductivity, bulk density, pF-curves, organic carbon content and soil texture. The objective was to see if there is any connection between landscape position, soil physical properties and pesticide leaching.

There were some connections found between the landscape position and physical and hydraulic properties of the soil. The hilltops had the highest amount of clay, the lowest amount of organic carbon and showed the lowest near saturated hydraulic conductivity at the highest measured supply tension. The midslopes had instead the highest amount of sand and showed the highest near-saturated hydraulic conductivity at the highest measured supply tension. The hollows had the highest amount of organic carbon and the lowest near-saturated hydraulic conductivity at the lowest measured supply tension.

The results from the MACRO-simulations suggest that the main leaching is from the hilltops due to a lower organic carbon content and a higher amount of clay. If the soil has a smaller amount of organic carbon this decreases pesticide sorption so that more will leach, and if the macrostructure is well developed due to a higher clay content the pesticide will bypass the soil matrix and quickly move deep into the soil. The second highest leaching was calculated for the hollows. They have a high organic carbon content but the groundwater is also at a shallow depth, which decreases the transport distance and therefore the effectiveness of attenuation processes such as degradation and sorption.

These results could probably be useful in the future in attempts to calculate the amount of pesticide leaching in the whole Vemmenhög catchment (and maybe also in other similar catchments). However the predictions should first be checked for their validity in, e.g., column leaching experiments.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Konventionellt odlade fält besprutas vanligen med bekämpningsmedel av olika slag, t.ex. mot ogräs, insekter, svamp eller stråförkortning. I Skåne används större mängder bekämpningsmedel än på andra ställen i Sverige. Detta beror på att klimatet här är mildare än i övriga Sverige och dessutom odlas här stora arealer med grödor som betor och potatis, vilka båda kräver relativt stora mängder bekämpningsmedel för att avkastningen skall bli så stor som man vill. Bekämpningsmedlen påverkar ekosystemet och riskerar att negativt inverka på människors hälsa och den biologiska mångfalden. Hur bekämpningsmedlen reagerar när de används i naturen beror på flera saker, t.ex. vilka komponenter medlet består av, vilka egenskaper marken har som medlet sprutas på och på hur vädret är vid besprutningstillfället.

Detta examensarbete ingår som en del i en större undersökning om avrinningsområden med Naturvårdsverket är huvudman. Ett antal avrinningsområden har valts ut för bl.a. beräkning av mängden bekämpningsmedel som läcker ut till grund- och ytvatten. För att kunna göra detta på ett bra sätt har markprover tagits ut på de mest vanligt förekommande jordarna inom området. Kontinuerliga provtagningar av vatten sker också i de åar och bäckar som tar emot avrinningen, detta för att försöka finna spår av olika bekämpningsmedel.

I detta examensarbete har ett odlingsfält som ligger i Vemmenhögsåns avrinningsområde undersökts närmre. Fältet hör till Näsbygård som ligger ett par kilometer utanför Skurup i Skåne. Fältet har en böljande yta, vilken utformades i samband med den senaste inlandsisens avsmältning. Fältet delades in i tre landskapselement: höjder, sluttningar och sänkor. För varje sådant landskapselement togs markprover, vilka sedan analyserades med avseende på olika markfysikaliska egenskaper för att försöka utröna om det föreligger någon skillnad mellan de tre landskapselementen. Värdena som erhölls användes därefter i en datasimulerinsmodell vars namn är MACRO. Modellen tar hänsyn till hur bekämpningsmedlet rör sig genom marken ner till grundvattnet eller ytvattnet. Resultaten från dessa modellförsök visar på vilka av de olika landskapselementen som bidrar mest till utlakning av bekämpningsmedel. De simulerade värdena jämfördes därefter mot de uppmätta värdena.

Det visade sig vara ganska små skillnader mellan de olika landskapselementen. Enligt simuleringarna framkom dock att höjdområden bidrog mest till utlakningen av bekämpningsmedlen, därefter sänkområden, medan sluttningsområdena bidrar minst till utlakningen. Detta mönster beror troligen på att jordarnas kornstorlekssammansättning skiljer sig mellan de topografiska landskapselementen, vilka också styr de markfysikaliska parametrar som mättes.

Resultat från denna undersökning kan förmodligen användas för att bättre beräkna den sammanlagda mängden bekämpningsmedel som läcker ut i Vemmenhögsån avrinningsområde, eftersom detta till större delen består av sådana här böljande fält.

Abstract (Swedish)

Detta examensarbete ingår som en del i en
större undersökning om avrinningsområden,
där Naturvårdsverket är huvudman.
I Sverige har ett antal avrinningsområden
valts ut som typområden. Inom
varje typområde finns ett miljöövervakningssystem
inom vilket den förmodade
mängden bekämpningsmedel som läcker ut
till ytvatten och grundvatten ska beräknas.
För att kunna göra detta i Vemmenhögsåns
avrinningsområde i Skåne har man undersökt
en del markfysikaliska och markkemiska
egenskaper hos de mest förekommande
jordarna inom området, samt
tagit kontinuerliga vattenprover i ån för
analys av spår från olika bekämpningsmedel.
Fältet som studien är förlagd till hör
till Näsbygård som ligger i Vemmenhögsåns
avrinningsområde, ett par kilometer
utanför Skurup i Skåne. Fältet är 30
ha stort och är beläget i södra delen av det
småkuperade sydvästskånska dödismoränlandskapet
Eftersom hela området har
denna böljande yta, var syftet med detta
examensarbete att se om det finns någon
inbördes relation mellan de markfysikaliska
parametrarna (textur, skrymdensitet,
organiskt kol) och den
hydrologiska parametern (hydraulisk
konduktivitet) över tre definierade landskapselement:
höjd, sluttning och sänka.
Dessa eventuella skillnader skall kopplas
till risken för utlakning av bekämpningsmedel.
Resultaten från i år och föregående år
har används för att köra en simuleringsmodell
vars namn är MACRO. MACRO-modellen
är en icke stationär flödesmodell
för vatten och lösta ämnes transport i
odlade jordar med utvecklad makroporstruktur.
Den visar hur flödesprocesserna
sker från det att t.ex. ett
bekämpningsmedel sprutas ut på markytan
tills det når ytvatten eller grundvatten. Det
visade sig vara liten skillnad mellan de
olika landskapselementen vad gäller de
olika markfysikaliska och hydrologiska
parametrarna. Den organiska kolhalten
visade sig vara högst i sänkområdena,
något lägre på sluttningsområdena och
lägst på höjdområdena. Sänkområdena
visade sig ha den högsta fältkapaciteten
medan höjdområdena kom på andra plats
och sluttningsområdena sist. Likaså skilde
sig kornstorleken, vilket visade sig
tydligast genom ler- och silthaiten som
följde samma mönster, med högst värde på
höjdområdena, lite lägre i sänkområdena
och lägst på sluttningsområdena. sluttningsområdena
hade istället den högsta
andelen sand. Den hydrauliska konduktiviteten
som mättes i fält visar också på en
skillnad mellan de olika landskapselementen
vilka i sin tur delvis kan
relateras till den uppmätta kornstorleken.
Vid den högsta uppmätta tensionen
uppvisade sluttningsområdena den högsta
hydrauliska konduktiviteten och höjdområdena
den lägsta, troligen pga. den
högre lerhalten. Vid den lägsta uppmätta
tensionen uppvisade höjdområdena och
sluttningsområdena samma höga
hydrauliska konduktivitet, medan sänkområdena
uppvisade en lägre hydraulisk
konduktivitet.
Av resultaten från simuleringarna
framgår att landskapselement som bidrar
allra mest till utlakningen av
bekämpningsmedel är höjdområdena,
därefter sänkområdena och de som bidrar
minst är sluttningsområdena. Detta skulle
kunna förklaras med att det på höjdområden
finns en välutvecklad makroporstruktur
på grund av den högre lerhalten
och den låga organiska kolhalten. Detta
bidrar till att matjorden i detta fallet har en
dålig buffrande verkan. Att det är
sänkområden som hamnar på andra plats
beror förmodligen på att grundvattnet i
dessa ligger närmre ytan under kritiska
tillfällen efter spridningen av bekämpningsmedel.

• author: Sundler, Malin
• supervisor: Nicholas Jarvis
• organization: Department of Geology
• alternative title: A comparative study on measured and MACRO-simulated pesticide leaching on an arable field in Skåne, southern Sweden
• year: 2001
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geografi, geologi, MACRO-simulering, pesticidutlakning, Skåne
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 130
• language: Swedish
• additional info: Nicholas Jarvis, markvetenskapliga avdelningen, SLU, Uppsala.
• id: 2343918
• date added to LUP: 2012-11-05 14:17:30
• date last changed: 2012-11-05 14:17:30