Tvåstegsdiken i jordbruksmark som metod för att minska övergödning i sjöar och hav

Diken i jordbrukslandskapet är utformade för att effektivt leda bort överskottsvatten från fält och förbättra tillväxten av livsmedelsgrödor. På grund av detta utgör diken samtidigt en transportväg för näringsämnena kväve och fosfor från fält vidare till sjöar och hav, vilket bidrar till övergödning och försämrad vattenkvalitet. Med ett varmare klimat förväntas dessutom näringsförluster från diken att öka ytterligare, drivet av mer extremväder och höga flöden.

För att minska läckaget av näringsämnen från vattendrag kan tvåstegsdike anläggas, en åtgärd som med hjälp av växtbeklädda svämplan är avsedd att dämpa transporten av näringsämnen. Genom att gynna biologiska och kemiska processer kan förluster minska av både kväve, fosfor och jordpartiklar från flera fält i ett större område. Dessutom kan den större dikesvolymen och växtligheten på svämplanen även leda till ökad stabilitet och minskad risk för erosion av dikesslänter.

Utvärderar tvåstegsdiken från Södermanland till Skåne

Lukas Hallberg, doktorand i jordbrukets vattenhushållning och vattenkvalitet vid institutionen för mark och miljö, deltar i ett pågående projekt där tio tvåstegsdiken utvärderas från Södermanland till Skåne. Projektet Tvåstegsdike i Sverige finansieras av FORMAS, Havs- och Vattenmyndigheten och stiftelsen Oscar och Lili Lamms minne, och pågår mellan 2020 och 2024.

- Fler än 30 tvåstegsdiken har hittills anlagts i Sverige, vi utvärderar 10 av dessa i projektet. Syftet är att bedöma dess kapacitet att begränsa förluster av både kväve, fosfor och erosion av jordpartiklar för att på så sätt bidra till renare vatten, säger Lukas Hallberg.

Tvåstegsdiken ökar bortförsel av kväve

Vattenlösligt kväve kan med hjälp av mikrober i sediment omvandlas till kvävgas som avgår i luften. I projektet mättes denna process och tvåstegsdikens svämplan visade sig bidra till 33 % högre bortförsel av kväve, jämfört med traditionella diken. Tvåstegsdikena med högst kapacitet att föra bort kväve återfinns i områden med höga kvävehalter i vattnet och intensivt jordbruk.

- Även om svämplan inte nådde upp till samma bortförsel som i dikesbotten är den sammanlagda förhöjda kvävereningen samstämmig med resultat från tvåstegsdiken i USA. Höga kvävehalter i vatten driver kväveomvandlade mikrober, i områden med lägre kvävebelastning och högre lerhalter kan tvåstegsdiken istället vara viktigare för att minska erosion och fosforförluster, säger Lukas Hallberg.

Även svämplanens utformning visade sig vara viktig eftersom lägre svämplan, som oftare översvämmas, ökade produktionen av kvävgas. Trots detta förändrades inte koncentrationer av kväve i vattnet längs med tvåstegsdiken, vilket kan bero på att kväve läcker in längs med dikena via dränering och minskar effektiviteten.

Mängden fosfor i dikesvatten kan minska

Även fosfor kan fångas med tvåstegsdiken genom sedimentation av fosforrika partiklar på svämplan. I samma projekt har fosfor som ansamlats över sex månader på svämplan mätts och visat att mängden kan vara lika stor som i våtmarker. Detta betyder att svämplan kan fånga betydande mängder fosfor och fördröja förluster vidare nedströms.

Ansamlingen av fosfor på svämplan styrs på samma sätt som kvävebortförsel av översvämning, ju oftare de är översvämmade, desto högre sedimentation av fosfor bundet till jordpartiklar. Däremot var tvåstegsdiken som översvämmades 100-200 dagar per år inte lika effektiva för att minska mängden fosfor i dikesvatten, jämfört med tvåstegsdiken som översvämmades färre gånger än 100 dagar per år. Detta kan bero på att diken med hög sedimentation både levererar och drar med sig sediment vid högre flöden.

- För att komma till bukt med näringsförluster via vattendrag krävs inte enbart rätt dimensionering och placering av tvåstegsdiken utan även ett helhetsgrepp med åtgärder i ett större område, såsom förbättrad markstruktur och högre effektivitet av växtnäringsupptag.  Tillsammans kan dessa uppehålla vattnet i landskapet och dra nytta av processer som fångar näringsämnen och bidrar till förbättrad vattenkvalitet, säger Lukas Hallberg.