Antecedent conditions, hydrological connectivity and anthropogenic inputs: Factors affecting nitrate and phosphorus transfers to agricultural headwater streams

This paper examined relationships between rainfall-runoff, catchment connectivity, antecedent moisture conditions and fertilizer application with nitrate-N and total phosphorus (TP) fluxes in an arable headwater catchment over three hydrological years (2012-2014). Vuotuiset sademäärät eivät vaihdelleet merkittävästi vuosien välillä, mutta sateiden ajoitus vaikutti voimakkaasti valunnan syntyyn ja sitä seuranneisiin nitraatti-N- ja TP-virtoihin. Suurimmat nitraatti-N- (> 250 kg N vrk-1) ja TP- (> 10 kg TP vrk-1) -virtaukset tapahtuivat vain silloin, kun matala pohjavesi oli alle 0,6 metrin etäisyydellä maanpinnasta ja valumakerroin oli yli 0,1. Nämä kynnysarvot saavutettiin harvemmin vuonna 2012 kuivuudesta toipumisen vuoksi, mikä johti pienempiin vuotuisiin nitraatti-N- (7,4 kg N ha- 1) ja TP- (0,12 kg P ha- 1) -virtoihin verrattuna vuoteen 2013 (15,1 kg N ha- 1; 0,21 kg P ha- 1). Vuoden 2013 sateinen talvi ja kohonnut matala pohjavedenpinta johtivat siihen, että maanalaiset kulkuväylät ja salaojavirtaukset aktivoituivat useammin. Koko jakson ajan kuivilla ennakko-olosuhteilla oli tilapäinen vaikutus TP-kuormituksen kasvuun. Todisteet TP-lähteiden ehtymisestä peräkkäisten myrskytapahtumien jälkeen voivat johtua siitä, että jokiverkostoon läpäisemättömien tienpintojen kautta tilapäisesti yhteydessä olevat kriittiset lähdealueet ovat toistuvasti tyhjentyneet. Lannoitteiden käyttö vaihteli huomattavasti kolmen vuoden aikana, mikä johtui viljelykierron eroista tilojen välillä, ja vuotuiset N- ja P-lannoitteet vaihtelivat jopa 21 prosenttia ja 41 prosenttia. Jokien vuotuisen nitraatti-N- ja TP-kuormituksen suhteellista vähenemistä ei havaittu valuma-alueen ulostulossa, koska kuormitukseen vaikutti suurelta osin vuotuinen valuma. Nitraattikuormitus oli hieman suurempi lannoituksen aikana, mutta P-lannoituksen ja jokeen tulevan TP-kuormituksen välillä ei ollut juurikaan yhteyttä. Nämä tiedot osoittavat, että tällä intensiivisesti viljellyllä peltoviljelyvaluma-alueella saattaa vallita biogeokemiallinen pysähtyneisyys, jolloin vanhat ravinnevarastot puskuroivat muutoksia nykyisissä ravinnepäästöissä.