Mapping the fertiliser route from field to fjord

A new research project will not only protect our groundwater, lakes and fjords from nitrate pollution, but also provide our farmers with an opportunity to fertilise their fields as well as possible. It will actually be possible to predict the capacity of each individual field to retain nitrate. Contributing to the project are researchers from many different disciplines as well as the farming industry itself. Innovation Fund Denmark is providing DKK 13 million.

2017.03.07 | Peter F. Gammelby

The rOPEN project will find a way to map the soil in the fields so accurately that farmers will be able to add exactly as much nitrate as the environment can stand. Photo: Colourbox

Leaching of nitrate from arable land to our aquatic environment leads to algal blooms and deoxygenation in the sea and lakes. In some cases, so much of it ends up in our groundwater that it causes poor drinking water. Fertilisers are indispensable for farming, however, so finding a method to ensure both high agricultural production and low environmental impact is an important task.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

Det kan blandt andet gøres ved sætte målrettet ind på de marker, hvor risikoen for udvaskning af nitrat er størst.

Og det er målet med det nye forskningsprojekt rOpen (Open landscape nitrate retention mapping), som netop er skudt i gang. Bag projektet står en række institutter på Aarhus Universitet og Københavns Universitet samt bl.a. SEGES og GEUS.

Fra sandkasse til lerjord

Baseret på tidligere resultater er forskerne de seneste år blevet klogere på, hvilke mekanismer, der styrer udvaskningen af nitrat fra markerne til vandmiljøet. De ved, at udvaskningen i høj grad er styret af variationen i geologien og beliggenheden af dræn, som er lagt i jorden af mennesker.

Problemet er blot, at de eksisterende målemetoder ikke kan levere den nødvendige detaljeringsgrad til opbygningen af en effektiv model over mekanismerne. Derudover mangler der tilstrækkelig viden om, hvilke data der skal indsamles, og hvordan disse skal håndteres.

"Man mangler detaljerne i forhold til, hvordan jordlagenes sammensætning varierer. Dette er enormt bestemmende for, hvordan vandet løber nede i jorden, og dermed for, hvordan udvaskningen af nitrat forløber," siger Esben Auken, der er professor på Institut for Geoscience, Aarhus Universitet og leder af forskningsprojektet.

"Jordtyperne kan variere ned på hektarniveau. Du kan stå i en sandkasse, bevæge dig 50 meter, og så står du oven på lerjord," tilføjer han.

Nye instrumenter skal i marken

rOPEN vil udvikle nye geofysiske instrumenter, som kan kortlægge undergrunden på en mark på en skala af få meter, og dermed give en meget mere detaljeret viden om de forskellige geologiske forhold, der har indflydelse på nitratudvaskningen. Forskerne vil også udvikle instrumenter til kortlægning af eksisterende tegldræn og udvikle nogle modelleringsprincipper, som kan håndtere de store datamængder, der bliver indsamlet, og simulere, hvordan vandet flyder i jordlagene.

Projektet går også ud på at udvikle et elektromagnetisk system, som kan blive trukket hen over jorden og kortlægge de forskellige typer jordlag.

Som GEUS adm. direktør Flemming Larsen udtrykker det:

"Der er behov for at forbedre vores viden med hensyn til omsætning af nitrat i de terrænnære lag, og den geologiske variations betydning for omsætningen. Derfor deltager vi i dette projekt."

Flemming Larsen er udpeget som leder af projektets styregruppe.

Win-win for miljø og landbrug

SEGES deltager på grund af muligheden for at producere kvalitetsafgrøder, samtidig med at der tages hensyn til miljøet.

"På sigt skal projektets resultater give landmændene bedre viden om, hvor stor risikoen er for, at der udvaskes nitrat fra markerne. Dermed kan de dyrke jorden optimalt, hvor risikoen for nitratudvaskning er lille, og vælge virkemidler til reduktion af nitratudvaskningen, hvor risikoen for udvaskning er størst," siger Hans Roust Thysen, som er afdelingschef for Anlæg & Miljø.

Professor Esben Auken lægger vægt på, at projekt rOpen er interdisciplinært.

"Ved at kombinere viden fra de forskellige faglige tilgange får vi en unik mulighed for at udvikle nye værktøjer. Dette skal føre til videnbaseret udpegning af områder, hvor risikoen for nitratudvaskning er større eller mindre. Det er meget vigtigt, at udpegningen er til gavn for både landbruget og miljøet. De udviklede metoder og instrumenter er desuden generiske, og vil kunne udnyttes i relaterede områder som forureningskortlægning, geoteknik og klimasikring," siger Esben Auken.


Facts

Social potential
  • Cultivation of fields with high yield and high quality, as well as low environmental impact from arable land.
  • Nitrate can pollute our groundwater and, in some cases, seep into lakes, streams and fjords. Here it can increase algal growth and cause oxygen depletion, which is hazardous to animals and plants.
  • The aim of the project is to design a toolbox that can be used to predict the ability of the soil to retain nitrate. This will depend on the type of soil in the field.
  • Man-made tile drainage into the ground will be mapped at the same time. These tiles are fired during production, which means that all the minerals in the tile drains, including iron minerals, now face in the same direction. This makes it possible to map the location of the drainage pipes by measuring the magnetic field just above ground level. The equipment for this task will be further developed in connection with the project.
  • The project will also create a software package that can process the collected data and convert the information to hydrological models together with nitrate leaching profiles. This will make it possible to see where the water is located and where the nitrate goes when it leaves the root zone of the crops.

The rOPEN project – Open Landscape Nitrate Retention Mapping – will run for three years and has a total budget of DKK 20.4 million.

Partners in the project:

  • Aarhus University – Department of Geoscience
  • Aarhus University – Department of Agroecology
  • University of Copenhagen – Department of Food and Resource Economics
  • Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS)
  • Department of Groundwater and Quaternary Geology Mapping, Department of Hydrology, Department of Geochemistry
  • SEGES P/S
  • SkyTEM Surveys ApS
  • Orbicon A/S
  • Aarhus GeoSoftware ApS
  • Central Denmark Region
  • Region of Southern Denmark

Other participants in the project:

  • University of Arizona, USA – Department of Hydrology and Water Resources
  • United States Geological Survey – Wisconsin Water Science Center

For more information, please contact

Esben Auken
Department of Geoscience
Aarhus University
+45 2899 2587
esben.auken@geo.au.dk

Anders Vest Christiansen
Department of Geoscience
Aarhus University
+45 2945 4305
anders.vest@geo.au.dk

Public / media