[DRÆNING]

Skal drænvand styres?

Styret dræning har potentiale til at forvandle drænsystemerne fra at være en metode til hurtigt at fjerne overskydende vand fra landbrugsarealer til at være et virkemiddel, hvor drænvand aktivt kan forvaltes af landmanden. Styret dræning er for første gang blevet undersøgt under danske forhold på marker med vinterhvede

TEKST: Mette V. Carstensen, Jane R. Poulsen, Niels B. Ovesen, Søren K. Hvid og Brian Kronvang

Dræning af marker ved brug af drænrør er en udbredt praksis i Danmark, hvor omkring 50 pct. af landbrugsjorden er systematisk drænet (Olesen, 2009). Effektiv dræning er en forudsætning for en stabil planteproduktion, men dræning har også miljømæssige konsekvenser. Dræning af landbrugsarealer medfører, at overskydende vand samt nitratkvælstof (NO3-) fra rodzonen hurtigt bliver afledt til nærliggende vandløb via drænene med risiko for, at NO3- medvirker til at skabe eutrofiering, især i fjorde og åbne kystvande. Kvælstofudledning gennem dræn udgør en betydelig andel af den samlede kvælstofudledning til overfladevand, hvoraf langt størstedelen er som NO3- og derfor umiddelbart tilgængeligt for algevækst (Blicher-Mathiesen et al., 2015). Der er derfor et stort potentiale i drænvirkemidler, såsom styret dræning, der kan reducere kvælstofudledningen fra dræn.

Princippet bag styret dræning

Styret dræning fungerer ved, at grundvandsspejlet på et drænet landbrugsareal hæves fx til 60 cm over normal drændybde, som typisk er på 100-120 cm under terræn. Grundvandsspejlet hæves ved, at der etableres styringsbrønde på drænsystemet, hvor grundvandsspejlet kan reguleres via et overløb i brøndene. Ved at hæve grundvandsspejlet ændres de hydrologiske forhold i jorden, hvilket kan bevirke, at de biokemiske processer i jorden også ændres, således at NO3- forbrugende processer fremmes og/eller NO3- producerende processer hæmmes. Specielt den NO3- forbrugende proces, denitrifikation, er fordelagtig at fremme. For at denitrifikationen kan forløbe, stiller bakterierne, der står bag processen, visse krav til deres omgivelser i forhold til iltfrie forhold, tilstedeværelsen af organisk kulstof (>1-1,5 % C), pH og temperatur (Knowles, 1982).

Ud over at grundvandsspejlet hæves, så reduceres drænafstrømningen ofte væsentligt ved styret dræning i forhold til den mængde vand, der afledes med drænsystemet ved almindelig dræning. Herved nedsættes den direkte NO3- udledning til overfladevand også. Den øgede mængde vand, der ikke løber i de styrede dræn, kan enten sive ned til dybere grundvand, opmagasineres i marken, fordampe og/eller strømme til nabomarker og eventuelt til andre dræn eller grøfter alt efter, hvornår på året styret dræning anvendes. I enkelte tilfælde har styret dræning været med til at øge overfladeafstrømningen på marker ved kraftig regn og snesmeltning.

Styret dræning fungerer mest optimalt og omkostningseffektivt, når terrænets hældning er under 1 pct., og på jorder med relativ god ledningsevne.

Internationale erfaringer med styret dræning

Styret dræning blev udviklet i 1970erne, men har de seneste år fået en renæssance. Metoden er blevet og bliver til stadighed undersøgt i en lang række lande med varierende formål fra land til land.

I Sverige har metoden været undersøgt siden 1990erne med henblik på at øge næringsstofudnyttelsen og høstudbytte og reducere drænafstrømning og næringsstoftab via dræn. På trods af, at der kan søges tilskud til etablering af styringsbrønde, har metoden ikke vundet udbredelse hos de svenske landmænd.

I Finland, hvor der gives landbrugsstøtte pr. miljøtiltag, er styret dræning ét af de virkemidler, der kan søges støtte til, og det er blevet indført på ca. 30.000 ha. Her bruges metoden primært i forbindelse med tørvejord for at forsinke nedbrydningen af denne, og på jorder, hvor okkerdannelse og udledning af reduceret jern er et problem.

I Holland har man indtil videre set positive effekter i forhold til øget høstudbytte, reduceret næringsstofudledning i nogle dele af landet samt færre omkostninger i forbindelse med markvanding (STOWA, 2012).

I North Carolina, USA, er styret dræning en »Best Management Practice (BMP)«, som landmanden kan søge støtte til at anlægge, og anvendes i et vidt omfang (Skaggs et al., 2012). I Midt vest USA vurderes det, at styret dræning kan indføres på 4.8 mio. ha, hvilket estimeres til at kunne reducere NO3- tabet med 83 mio. kg år-1 (Skaggs et al., 2012).

En sammenstilling af de svenske og nordamerikanske undersøgelser viser, at den procentvise reduktion af NO3- udledning varierer betydeligt fra 18 til 85 pct., hvilket afspejler de forskellige forhold (klima, jordtype, styringsniveau, drænsystemer og nitratbelastning), undersøgelserne er udført under (Skaggs et al., 2012). Størstedelen af undersøgelserne viser, at NO3- reduktionen er mere eller mindre proportional med den opnåede reduktion i drænafstrømning. Derudover viser de svenske undersøgelser bl.a., at høstudbyttet kan forøges med 2-18 pct. ved brug af styret dræning i vækstsæsonen (Wesström and Messing, 2007).    

Styret dræning i Danmark

Her i Danmark er styret dræning blevet undersøgt ved et treårigt eksperiment (2012-15) på fire forskellige lokaliteter. I det følgende beskrives resultaterne fra én af lokaliteterne, som var beliggende på en mark ved Odder og havde et relativt højt ler indhold på 11-17 pct.

Forsøgsområdet bestod af fire forsøgsfelter på omkring 1 ha hver med separate drænsystemer. De anvendte styringsbrønde fungerede som vist i boks 1. Styret dræning blev afprøvet i kombination med dyrkning af vintersæd (vinterhvede), hvilket ikke har været testet i de internationale undersøgelser. Styret dræning blev indført, inden drænene begyndte at løbe (oktober eller november) og indtil det tidlige forår (marts) forud for gyllespredning. Der var således styret dræning i hovedparten af drænafstrømningsperioden, hvor NO3- udvaskningen primært sker.

Det første år blev brugt som referenceår uden styret dræning. I det andet år blev et styringsniveau på 50 cm over drændybde (o.d.) indført på forsøgsfelterne D1 og D2. Det viste sig dog, at grundvandsspejlet var stort set upåvirket af styret dræning ved dette styringsniveau. Derfor blev styringsniveauet hævet med yderligere 20 cm i januar i det andet forsøgsår på ét af forsøgsfelterne (D1). Det gav en markant større effekt på grundvandsspejlet, uden at den overvinterende afgrøde tog skade. Derfor blev det besluttet at hæve styringsniveauet til 70 cm o.d. i det tredje forsøgsår.          

Effekten af styret dræning på grundvandsspejlet, drænafstrømningen og NO3- udledningen var størst ved det højeste styringsniveau (70 cm o.d.). Det er usikkert, i hvor stort et omfang styret dræning hævede grundvandsspejlet på forsøgsfelterne. Omkring 50 m fra styringsbrønden blev der ikke registreret nogen målbar effekt på grundvandsspejlet mellem drænrørene, hvilket sandsynligvis hænger sammen med, at ledningsevnen ofte er relativ lav på leret jord, og at grundvandsspejlet er naturligt højt i området. Det er dog sandsynligt, at grundvandsspejlet kun blev hævet i områderne lige over drænrørene på forsøgsfelterne med styret dræning.

Virker det under danske forhold?

Drænvandsafstrømningen og NO3- udledningen var markant mindre fra drænsystemerne med styret dræning end fra kontrol-drænsystemerne (D3 og D4). Reduktionen i drænafstrømning var på 4-10 pct. og 36-51 pct. i hhv. 2013/14 og 2014/15, mens NO3- tabet via dræn blev reduceret med 6-30 pct. og 46-56 pct. i hhv. 2013/14 og 2014/15.

Eftersom reduktionen af NO3- udledning via dræn var større end reduktionen af drænafstrømning, tyder det på, at der var en tendens til øget denitrifikation i forsøgsfelterne med styret dræning. Dette understøttes også af, at de afstrømningsvægtede NO3- koncentrationer i drænvandet fra forsøgsfelterne med styret dræning var 3-23 pct. og 11-17 pct. lavere i hhv. 2013/14 og 2014/15 i forhold til almindelig dræning.

Dog medførte styret dræning ikke som forventet markant lavere NO3- koncentrationer i drænvandet fra de drænsystemer, der blev styret. Dette resultat kan skyldes, at heterotrof denitrifikation blev hæmmet af et lavt kulstofindhold i de jorddybder, som grundvandsspejlet blev hævet til, samt at grundvandsspejlet ikke var hævet på hele forsøgsarealet. Den modelberegnede nedsivning af vand (udført med DAISY modellen) viste, at nedsivningen til grundvandet og/eller nabomarker blev øget på arealerne med styret dræning.

Vore målinger i undersøgelsen kan ikke påvise, om den mængde NO3-, der ikke løb i drænene ved styret dræning, vil blive udsat for en reduktion, inden det ender i overfladevandet. Derfor kan vi ikke opgøre den samlede effekt af styret dræning på udledningen af NO3- til overfladevand ud fra målingerne i undersøgelsen.

Styret dræning var tiltænkt at skulle indgå som et nyt virkemiddel i vandområdeplanerne, hvor det fx kunne erstatte de pligtige efterafgrøder. Da det ikke er muligt at knytte en standardeffekt til metoden, kan styret dræning endnu ikke anvendes som et officielt virkemiddel. Det vil kræve, at man kan fastsætte en standardeffekt af de ændrede strømningsveje.

Perspektivering

Undersøgelsen af styret dræning viste, at denitrifikationen sandsynligvis blev forøget, men i et begrænset omfang. For at få et bedre kendskab til hvordan styret dræning kan optimeres med henblik på at omsætte NO3-, vil det være nærliggende at undersøge styret dræning på en jord med et kulstofindhold over 1 pct. C og en højere ledningsevne.

Denne undersøgelse og de internationale undersøgelser viser samstemmende, at det er afgørende at få en forståelse af, hvordan strømningsvejene ændres ved styret dræning, før den samlede effekt på NO3- kan opgøres. Hvis styret dræning også medfører, at grundvandsdannelsen øges, er det yderst gavnligt for vandressourcen, da styret dræning muligvis vil kunne virke som en indirekte vand-buffer til vandløb i tørre perioder. Øget grundvandsdannelse øger også chancen for, at vandet passerer reducerede jordlag, hvor NO3- omsættes til N2.

Men for at kvantificere denne positive effekt kræves et lokalt kendskab til beliggenheden af overgangen til de reducerede jordlag samt kendskab til vandets strømningsveje.

 

Projektet er udført af SEGES, Aarhus Universitet Institut for Agroøkologi og Institut for Bioscience, Orbicon A/S og Wavin A/S med økonomisk støtte fra »Grønt Udviklings- og Demonstrationsprogram« (GUDP).

Litteratur

Blicher-Mathiesen, G., Rasmussen, A., Andersen, H.E., Timmermann, A., Jensen, P.G., Wienke, J., Hansen, B. & Thorling, L. (2015): Landovervågningsoplande 2013 : NOVANA. Aarhus Universitet, DCE - Nationalt Center for Miljø og Energ

Knowles, R. (1982): Denitrification. Microbiological reviews, 46.

Olesen, S.E. (2009): Kortlægning af potentielt dræningsbehov på landbrugsarealer opdelt efter landskabselement, geologi, jordklasse, geologisk region samt høj/lavbund. Intern rapport, Tjele, Aarhus Universitet, Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet.

Skaggs, R.W., Fausey, N.R. & Evans, R.O. (2012): Drainage water management. Journal of soil and water conservation, 67.

STOWA (2012): More water with controlled drainage. STOWA 2012-33. Available: http://deltaproof.stowa.nl/Publicaties/deltafact/Controlled_drainage.aspx?pId=65.

Wesström, I. & Messing, I. (2007): Effects of controlled drainage on N and P losses and N dynamics in a loamy sand with spring crops. Agricultural Water Management, 87.