| 1. |
- Eklöf, Karin, et al.
(author)
-
Land-use dominates climate controls on nitrogen and phosphorus export from managed and natural Nordic headwater catchments
- 2020
-
In: Hydrological Processes. - : Wiley. - 0885-6087 .- 1099-1085. ; 34, s. 4831-4850
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Agricultural, forestry-impacted and natural catchments are all vectors of nutrient loading in the Nordic countries. Here, we present concentrations and fluxes of total nitrogen (totN) and phosphorus (totP) from 69 Nordic headwater catchments (Denmark: 12, Finland:18, Norway:17, Sweden:22) between 2000 and 2018. Catchments span the range of Nordic climatic and environmental conditions and include natural sites and sites impacted by agricultural and forest management. Concentrations and fluxes of totN and totP were highest in agricultural catchments, intermediate in forestry-impacted and lowest in natural catchments, and were positively related %agricultural land cover and summer temperature. Summer temperature may be a proxy for terrestrial productivity, while %agricultural land cover might be a proxy for catchment nutrient inputs. A regional trend analysis showed significant declines in N concentrations and export across agricultural (-15 mu g totN L-1 year(-1)) and natural (-0.4 mu g NO3-N L-1 year(-1)) catchments, but individual sites displayed few long-term trends in concentrations (totN: 22%, totP: 25%) or export (totN: 6%, totP: 9%). Forestry-impacted sites had a significant decline in totP (-0.1 mu g P L-1 year(-1)). A small but significant increase in totP fluxes (+0.4 kg P km(-2) year(-1)) from agricultural catchments was found, and countries showed contrasting patterns. Trends in annual concentrations and fluxes of totP and totN could not be explained in a straightforward way by changes in runoff or climate. Explanations for the totN decline include national mitigation measures in agriculture international policy to reduced air pollution and, possibly, large-scale increases in forest growth. Mitigation to reduce phosphorus appears to be more challenging than for nitrogen. If the green shift entails intensification of agricultural and forest production, new challenges for protection of water quality will emerge possible exacerbated by climate change. Further analysis of headwater totN and totP export should include seasonal trends, aquatic nutrient species and a focus on catchment nutrient inputs.
|
|
| 2. |
- Ezzati, Golnaz, et al.
(author)
-
Long-term water quality monitoring in agricultural catchments in Sweden: Impact of climatic drivers on diffuse nutrient loads
- 2023
-
In: Science of the Total Environment. - : Elsevier BV. - 0048-9697 .- 1879-1026. ; 864
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Water quality related to non-point source pollution continues to pose challenges in agricultural landscapes, despite two completed cycles of Water Framework Directive actions by farmers and landowners. Future climate projections will cause new challenges in landscape hydrology and subsequently, the potential responses in water quality. Investigating the nutrient trends in surface waters and studying the efficiency of mitigation measures revealed that loads and mea-sures are highly variable both spatially and temporally in catchments with different agro-climatic and environmental conditions. In Sweden, nitrogen and phosphorus loads in eight agricultural catchments (470-3300 ha) have been in-tensively monitored for >20 years. This study investigated the relationship between precipitation, air temperature, and discharge patterns in relation to nitrogen (N) and phosphorus (P) loads at catchment outlets. The time series data anal-ysis was carried out by integrating Mann-Kendall test, Pettitt break-points, and Generalized Additive Model. The re-sults showed that the nutrient loads highly depend on water discharge, which had large variation in annual average (158-441 mm yr-1). The annual average loads were also considerably different among the catchments with total N (TN) loads ranging from 6.76 to 35.73 kg ha-1, and total P (TP) loads ranging from 0.11 to 1.04 kg ha-1. The climatic drivers were highly significant indicators of nutrient loads but with varying degree of significance. Precipitation (28-962 mm yr-1) was a significant indicator of TN loads in five catchments (loamy sand/sandy loam) while annual average temperature (6.5-8.7 degrees C yr-1) was a significant driver of TN loads in six out of eight catchments. TP loads were associated with precipitation in two catchments and significantly correlated to water discharge in six catchments. Con-sidering the more frequent occurrence of extreme weather events, it is necessary to tailor N and P mitigation measures to future climate-change features of precipitation, temperature, and discharge.
|
|
| 3. |
- Fölster, Jens, et al.
(author)
-
Comparing nutrient reference concentrations in Nordic countries with focus on lowland rivers
- 2020
-
In: AMBIO: A Journal of the Human Environment. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 49, s. 1771-1783
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Reference conditions of water bodies are defined as the natural or minimal anthropogenically disturbed state. We compared the methods for determining total phosphorus and total nitrogen concentrations in rivers in Finland, Norway and Sweden as well as the established reference conditions and evaluated the possibility for transfer and harmonisation of methods. We found that both methods and values differed, especially for lowland rivers with a high proportion of agriculture in the catchment. Since Denmark has not yet set reference conditions for rivers, two of the Nordic methods were tested for Danish conditions. We conclude that some of the established methods are promising but that further development is required. We moreover argue that harmonisation of reference conditions is needed to obtain common benchmarks for assessing the impacts of current and future land use changes on water quality.
|
|
| 4. |
- Geranmayeh, Pia, et al.
(author)
-
Utan spaning ingen aning : långsiktig effektuppföljning av övergödningsåtgärder behövs för ökad kostnadseffektivitet
- 2024
-
Other publication (pop. science, debate, etc.)abstract
- Sedan 1990-talet har svenska staten gett medel för olika åtgärder som ska minska övergödningen av våra vatten. Trots 30 års åtgärdsarbete är kunskaperna bristfälliga om vissa åtgärders effekt, särskilt på lång sikt och under varierande förhållanden, då tillförlitliga mätningar endast skett på några fåtal platser under kort tid. Om åtgärderna utformas och placeras fel blir de ineffektiva och likaså användningen av stödmedlen.
|
|
| 5. |
- Kyllmar, Katarina, et al.
(author)
-
Conceptual Mini-Catchment Typologies for Testing Dominant Controls of Nutrient Dynamics in Three Nordic Countries
- 2020
-
In: Water. - : MDPI AG. - 2073-4441. ; 12
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Optimal nutrient pollution monitoring and management in catchments requires an in-depth understanding of spatial and temporal factors controlling nutrient dynamics. Such an understanding can potentially be obtained by analysing stream concentration-discharge (C-Q) relationships for hysteresis behaviours and export regimes. Here, a classification scheme including nine different C-Q types was applied to a total of 87 Nordic streams draining mini-catchments (0.1-65 km(2)). The classification applied is based on a combination of stream export behaviour (dilution, constant, enrichment) and hysteresis rotational pattern (clock-wise, no rotation, anti-clockwise). The scheme has been applied to an 8-year data series (2010-2017) from small streams in Denmark, Sweden, and Finland on daily discharge and discrete nutrient concentrations, including nitrate (NO3-), total organic N (TON), dissolved reactive phosphorus (DRP), and particulate phosphorus (PP). The dominant nutrient export regimes were enrichment for NO(3)(-)and constant for TON, DRP, and PP. Nutrient hysteresis patterns were primarily clockwise or no hysteresis. Similarities in types of C-Q relationships were investigated using Principal Component Analysis (PCA) considering effects of catchment size, land use, climate, and dominant soil type. The PCA analysis revealed that land use and air temperature were the dominant factors controlling nutrient C-Q types. Therefore, the nutrient export behaviour in streams draining Nordic mini-catchments seems to be dominantly controlled by their land use characteristics and, to a lesser extent, their climate.
|
|
| 6. |
- Kyllmar, Katarina, et al.
(author)
-
Kol i åkermark : förstudie för klimatverktyget Agrosfär
- 2024
-
Reports (pop. science, debate, etc.)abstract
- Inlagring av kol i åkermark bidrar till minskad växthusgaseffekt och klimatpåverkan men möjligheterna att öka kolmängden beror av platsens egenskaper och odlingshistorik. För att kunna följa upp om åtgärder har bidragit till kolinlagring behövs data om odlingssystem, jordar och klimat. Den nationella dataplattformen Agronod som ägs av organisationer och företag i lantbrukssektorn och har stöd från EU genom Jordbruksverket har bildats för att lantbruksdata ska kunna delas och ge mervärde för lantbruksnäringen. I denna rapport har vi undersökt möjligheterna att inkludera beräkning av kolinlagring i Agronods klimatverktyg Agrosfär, och om det går att följa en internationell standard för klimatrapportering i värdekedjan från gård till konsument.Svensk åkermark innehåller en stor mängd organiskt kol och det finns en förväntan i samhället att öka kolförrådet men möjligheterna varierar stort mellan gårdar och fält. En gård med vallbaserad mjölkproduktion på sandjord kan ha nått sin potential och där mer organiskt material kan ge negativa bieffekter som ökat utsläpp av lustgas och högre kväveläckage. En växtodlingsgård på lerjord kan däremot ha större möjligheter att öka markens kolförråd.Mätning av förändring av markens kolförråd på ett enskilt fält förutsätter ofta tio år eller mer för att ge säkra resultat. En osäkerhet är jordprovtagning som ofta sker till ett standardiserat djup. Om kolmängden har ökat mellan två provtagningar blir jorden också mer lucker men kolhalten ökar inte i samma omfattning eftersom jorden blir lättare. Mätning av volymvikt kompenserar för att även markstrukturen har förändrats men ingår inte i normal markkartering. Metoden för bestämning av markens kolhalt har också osäkerheter. Kolhalten bestäms oftast med en indirekt metod baserad på glödförlust och skattning av lerhalt. Metoden ger en god uppfattning om fältets mullhalt men räcker sällan som underlag för att bestämma årlig förändring av markens kolmängd. Mätdata från många gårdar tillsammans utgör däremot ett värdefullt underlag för att beskriva variationer inom landet och förändringar. Mätdata är också nödvändiga för att förbättra precisionen i modellberäkningar oavsett om modellerna är baserade på kända samband om omsättning av organiskt material eller fjärranalys.Greenhouse Gas Protocol är en internationell standard för företags klimatrapportering. Standarden har kompletterats med ett förslag för beräkning av kolinlagring i mark, Land Sector and Removals Guidance. I förslaget ska en kolinlagring kunna spåras ner till gårdsnivå och det ska kunna säkerställas att kolmängden har ökat och att kolet blir kvar i marken över tid. För Sverige innebär förslaget att förändringar i kolmängd på gårdsnivå kan bli svåra att säkerställa även om ett omfattande provtagningsprogram skulle etableras, främst för att förändringar i kolförrådet tar tid och att dagens mätmetoder inte har tillräcklig noggrannhet vid uppföljning med så korta tidsintervall som några år.Även om nuvarande internationell företagsstandard inte passar för klimatrapportering av organiskt kol i åkermark under svenska förhållanden är det ändå viktigt att kunna värdera och premiera åtgärder på gården som ger klimatnytta. Förutom åtgärder som ökar kolmängden är också åtgärder som minskar nettoförlusten av kol eller bibehåller en redan hög kolmängd värdefulla. Som utgångspunkt för ett värderingssystem av åtgärders klimatnytta på fältnivå föreslår vi att den svenska modellen för beräkning av kolbalans i åkermark, ICBM, integreras i Agrosfär. ICBM är utvecklad för svenska odlingsförhållanden och används i Sveriges klimatrapportering till EU och FN. Modellen är också inkluderad i Greppa Näringens rådgivningsverktyg Odlingsperspektiv. Med ICBM som grund kan markens aktuella kolbalans och effekten av alternativa odlingsstrategier bedömas. Det innebär att åtgärder kan lokaliseras dit de ger störst klimatnytta, både inom gården och för lantbruket som helhet.
|
|
| 7. |
- Kyllmar, Katarina, et al.
(author)
-
Nitrogen and phosphorus losses in Nordic and Baltic agricultural monitoring catchments-Spatial and temporal variations in relation to natural conditions and mitigation programmes
- 2023
-
In: CATENA. - 0341-8162. ; 230
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Nitrogen (N) and phosphorus (P) losses via agricultural drainage water have negative impacts on receiving water bodies and large-scale programmes to reduce nutrient losses have been established in the Nordic and Baltic countries, together with agricultural catchment monitoring programmes. This study evaluated time series (9-40 years) of data from 34 selected Nordic-Baltic catchments for spatial and temporal variations in area-specific water discharge (mm) and in concentrations and transport of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP).Water discharge from the catchments varied from 125 mm (Denmark) to > 1000 mm (Norway). Catchments with low TN concentrations (& LE;3 mg L-1) were dominated by clay or grass leys or were undrained with reduction of nitrate (NO3) in shallow groundwater. Catchments with high TN concentrations (& GE;10 mg L-1) had loams and cereal crops. TP concentrations were highest (& GE;0.45 mg L-1) in catchments with erosive soils, relatively high water discharge and cereal crops, and lowest (& LE;0.07 mg L-1) in catchments with permeable soils.Generalised additive mixed model (GAMM) analysis of time series of transport and flow-weighted concen-trations of TN and TP for temporal patterns revealed decreases in TN concentrations in seven catchments and increases in eight, while four had periods with opposing trends. TN concentrations decreased in Denmark and Sweden in 1990-2010, following introduction of mitigation programmes. TP concentrations decreased in eight catchments and increased in six, while one showed opposing trends. Decreases in TP coincided with improved P balance in catchments with sand and loam. To further reduce N and P losses, a tailored set of mitigation measures is needed for each combination of soil, climate, geohydrology and agricultural production. Intensive monitoring of small catchments can reveal how N and P losses relate to natural conditions and to changes in agricultural production.
|
|
| 8. |
- Kyllmar, Katarina, et al.
(author)
-
Potential impacts of a future Nordic bioeconomy on surface water quality
- 2020
-
In: AMBIO: A Journal of the Human Environment. - : Springer Science and Business Media LLC. - 0044-7447 .- 1654-7209. ; 49, s. 1722-1735
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- Nordic water bodies face multiple stressors due to human activities, generating diffuse loading and climate change. The 'green shift' towards a bio-based economy poses new demands and increased pressure on the environment. Bioeconomy-related pressures consist primarily of more intensive land management to maximise production of biomass. These activities can add considerable nutrient and sediment loads to receiving waters, posing a threat to ecosystem services and good ecological status of surface waters. The potential threats of climate change and the 'green shift' highlight the need for improved understanding of catchment-scale water and element fluxes. Here, we assess possible bioeconomy-induced pressures on Nordic catchments and associated impacts on water quality. We suggest measures to protect water quality under the 'green shift' and propose 'road maps' towards sustainable catchment management. We also identify knowledge gaps and highlight the importance of long-term monitoring data and good models to evaluate changes in water quality, improve understanding of bioeconomy-related impacts, support mitigation measures and maintain ecosystem services.
|
|
| 9. |
- Kyllmar, Katarina
(author)
-
Projecting the impacts of the bioeconomy on Nordic land use and freshwater quality and quantity-An overview
- 2023
-
In: CATENA. - 0341-8162. ; 228
-
Journal article (peer-reviewed)abstract
- This paper synthesizes a five-year project (BIOWATER) that assessed the effects of a developing bioeconomy on Nordic freshwaters. We used a catchment perspective and combined several approaches: comparative analyses of long-term data sets from well-monitored catchments (agricultural, with forestry, and near pristine) across Fennoscandia, catchment biogeochemical modelling and ecosystem services assessment for integration. Various mitigation measures were also studied. Benchmark Shared Socio-economic Pathways were downscaled and articulated in dialogue with national stakeholder representatives leading to five Nordic Bioeconomy Pathways (NBPs) describing plausible but different trajectories of societal development towards 2050.These were then used for catchment modelling and ecosystem service assessment. Key findings from the work synthesized here are: (a) The monitoring results from 69 catchments demonstrate that agricultural lands exported an order of magnitude more nutrients than natural catchments (medians 44 vs 4 kg P km-2 y-1 and 1450 vs 139 kg N km-2 y-1) whilst forests were intermediate (7 kg P km-2 y-1 and 200 kg N km-2 y-1). (b) Our contrasting scenarios led to substantial differences in land use patterns, which affected river flow as well as nutrient loads in two of the four modelled catchments (Danish Odense angstrom and Norwegian Skuterud), but not in two others (Swedish catchment C6 and Finnish Simojoki). (c) Strongly contrasting scenarios (NBP1 maximizing resource circularity versus NBP5 maximizing short-term profit) were found to lead to similar monetary estimates of total societal benefits, though for different underlying reasons - a pattern similar across the six studied Nordic catchments. (d) The ecological status of small to medium sized rivers in agricultural landscapes benefitted greatly from an increase in riparian forest cover from 10 % to 60 %. Riparian buffer strips, constructed wetlands, rewetting of ditched peatlands, and similar nature-based solutions optimize natural biogeochemical processes and thus can help in mitigating negative impacts of intensified biomass removal on water quality.
|
|
| 10. |
- Kyllmar, Katarina, et al.
(author)
-
Åtgärder i jordbruket mot övergödning - förslag till system för uppföljning av effekt
- 2020
-
Reports (other academic/artistic)abstract
- Läckage av kväve och fosfor från jordbruket bidrar till övergödning i vattendrag, sjöar och hav. I ett effektivt åtgärdsarbete för minskat näringsläckage behöver alla delar finns med, från kunskap om åtgärders funktion och effektivitet till uppföljning av den samlade effekten i jordbrukslandskapets vatten. Här ingår också att ta fram underlag i form av näringsläckage beroende av plats så att åtgärder kan väljas och lokaliseras dit de ger störst nytta. Det behövs också vägledningar, checklistor och verktyg till stöd i det lokala åtgärdsarbetet. För att allt ska fungera behövs systemstöd där inte bara rådata utan också beräknad information kan lagras och tillgängliggöras i en form som passar olika användare. Dessutom behöver det dokumenteras var, när och hur åtgärder har genomförts, inte bara de åtgärder som har stöd från Landsbygdsprogrammet. Stöd för samordning mellan myndigheter, organisationer, brukare med flera för erfarenhetsutbyte och delaktighet i utvecklingsarbetet är också en viktig funktion. Här sammanfattas förslag på hur arbetssättet för åtgärdsarbete mot övergödning kan utvecklas. Förslagen har valts så att de så långt som möjligt kompletterar eller bygger på redan existerande verksamheter, projekt och försök. Förslagets struktur kan också användas för exempelvis åtgärder för ökad biologisk mångfald och för klimatåtgärder. Rapporten har tagits fram med finansiering från SLU:s miljöanalys och Havs- och vattenmyndigheten.
|
|
