Hva har vinteren å si for jordtap?

Jorderosjon vil si at overflatejord løsner og forflytter seg med rennende vann og vind. Dette er et temmelig vanlig fenomen her til lands – spesielt senhøstes og tidlig vår.

Men ikke alltid. Noen år byr erosjon på store utfordringer i landbruket, mens andre år er problemet heller ubetydelig.

For å finne ut hva denne variasjonen skyldes, har NIBIO-forsker og stipendiat Torsten Starkloff satt seg inn i ulike prosesser som har med erosjon å gjøre. Sammen med kolleger har han over flere år tatt målinger fra ulike punkt på et gitt nedbørsfelt gjennom flere sesonger. Dataene har gitt grunnlag for å kunne modellere hva for eksempel snø og fryse- og tineepisoder har å si for erosjon.

Økt forståelse og kunnskap om dette, gir viktig informasjon om hvordan temperatur og værforhold påvirker jordstrukturen, noe som igjen kan være nyttig med tanke på valg av tidspunkt for jordarbeiding. Ikke minst kan dette hjelpe oss å vurdere risikoen for erosjon.

Isolerende snødekke

Snø er én av faktorene Starkloff har undersøkt. Snø kan nemlig være temperaturregulerende og dersom snødekket er tykt nok kan det ha en isolerende effekt på jorden under. Uten snødekke kan vinterens kalde temperaturer resultere i en gjennomfrosset jordprofil, noe som kan hindre vannet i å infiltrere jorden.

– Snødekke har ulike egenskaper avhengig av hvor tykt det er, om det regner, eller om det for eksempel er minus- eller plussgrader. I våre forsøk var det snø alle vintrene. Likevel observerte vi vidt forskjellige typer erosjon fra samme felt, hvis det i det hele tatt var erosjon, sier Starkloff.

Dersom temperaturen stiger smelter snøen, og hvis det da i tillegg regner før frosten har forlatt bakken, kan det oppstå mye avrenning.

– Samtidig kan snø dempe overflateavrenning ved å absorbere nedbøren dersom temperaturen er under null grader. Hvis det derimot regner, temperaturen stiger og snøen smelter, kan dette føre til store mengder overflatevann, enten på grunn av bakkefrost eller vannmettet jord, sier forskeren.

Vann som ikke infiltrerer bakken gir økt vanntransport på overflaten og dermed en betydelig erosjonsrisiko fra landbruksareal.

– Jordarbeiding, hvordan det påvirker jordstrukturen og jordoverflaten, og om jorden ligger i stubb eller ikke, har også noe å si for erosjonsrisiko og spiller en stor rolle i denne sammenhengen, legger Starkloff til.

Vanntransport er avhengig av jordstruktur

Ulike typer jord har ulike egenskaper og ulik porestruktur. Der sandjord er ganske porøs i strukturen, er leirjord mer kompakt med mindre plass mellom partiklene.  

De siste årene har Starkloff undersøkt hvordan porestrukturen i jord eventuelt endrer seg etter fryse- og tineepisoder. Ved å CT-skanne uforstyrrede prøver av leirjord og sandjord fra forsøksfeltet, fikk han og kollegene 3D-bilder som tydelig viste porestrukturen til hver enkel prøve.

Deretter utsatte forskerne jordprøver for seks fryse- og tine-episoder.tineepisoder. For hvert ledd i forsøket, foretok de en ny skann. Slik kunne de se hvordan antall porer i jorden og størrelsen på dem endret seg.

– Poremengde og -størrelseporestørrelse har nemlig mye å si for jordens vannledningsevne og hvordan vannet infiltrerer jorden under fryse- og tineepisoder på våren og vinteren, forklarer Starkloff.

– Jo flere og større porene i jorden er, jo raskere og mer vann blir transportert gjennom jordeneffektivt går vanntransporten, utdyper han.

Stabil porestørrelse etter frysing og tining

Så hva var resultatene av disse forsøkene? Overraskende nok kanskje, oppdaget Starkloff og kollegene hans at fryse- og tineepisoder ikke hadde særlig innvirkning på porestrukturen i jord. Det vil si - i sandjord observerte de minimale endringer, men i leirjord holdt porestrukturen seg temmelig stabil.

Basert på dette kunne forskerne slå fast at i og med at porestørrelsen var relativt konstant både før, under og etter frysing og tining, er det ikke nødvendigvis endringer i porene, eller jordgangene, som fører til erosjon – i hvert fall ikke i den leir- og sandjorden som ble undersøkt.

– Men som sagt, er det frost i bakken og porene blir blokkert med is, betyr det jo at vann fra nedbør og snøsmelting ikke klarer å infiltrere jorden, påpeker Starkloff.

– Sånn sett øker erosjonsfaren ved at overflateavrenningen blir større når vannet ikke går ned i bakken, sier han.

Overvintring i stubb gir minst erosjon

Forskningen til Starkloff viser altså at erosjon kan ha andre årsaker enn frost i bakken. På forsøksfeltet han overvåket, observerte han ingen erosjon vinteren 2012-2013, store regnepisoder og bakkefrost til tross. Vinteren 2014-2015 derimot, var det en del erosjon i løpet av en relativt kort regnepisode i januar da det var frost i bakken.

Forskjellen på disse to årene viste seg å ligge i ulik jordarbeidingspraksis. Det året det var minst erosjon hadde hele jordet overvintret i stubb, det vil si at det ikke ble pløyd på høsten og planterøttene var fremdeles godt plantet i jorden.

I 2014-2015 derimot, lå jordet kun i stubb i vannveiene, altså der vannet naturlig beveger seg over jordet. På skråningen var det ingen planterester, noe som førte til økt avrenningshastighet og jorderosjon.

– At jorder overvintrer i stubb har altså mye å si for erosjonsrisikoen. Planterestene holder nemlig tilbake jord, selv når store mengder vann skyller over og gjennom jordet, forklarer Starkloff.

Simulerer overflateavrenning og erosjon

Å forutsi hva vinterklima har å si for erosjonsrisiko er altså ingen enkel sak. Sammenhengen mellom faktorene som kan virke inn på erosjonsprosessen er nemlig svært innfløkt og kompleks.

Torsten Starkloff sier at han ved å samkjøre overvåkingsdata, observasjoner og prosessforståelse i løpet av sitt doktorgradsarbeid har lykkes med å simulere overflateavrenning og erosjon gjennom modeller og kart. Disse modellene kan gi bønder og andre som er direkte berørt av disse problemene et utgangspunkt for å vurdere hvilke tiltak de eventuelt bør sette inn.

Når det er sagt er det ifølge forskeren mye som gjenstår å finne ut av innenfor dette feltet.

– For å effektivt redusere overflateavrenning og erosjon knyttet til vinter og snøsmelting i fremtiden, må det mer målrettet og langsiktig forskning til. Per i dag er det rett og slett for mange kunnskaps- og datahull innenfor dette fagområdet, og det bør vi gjøre noe med, sier han.