Design of drainage systems for cultivated lands in climates of today and the future

I Sverige finns idag inom jordbruket runt 30 000 markavvattningsföretag och det räknas med att 1,3 miljoner hektar av jordbruksmarken är dikad. Tidigare undersökningar har visat att flera av dessa dräneringssystem som byggdes för 60–100 år sedan inte längre är anpassade för det nuvarande klimatet och att dagens riktvärde på 1,2 m djup för dräneringsledningarna bör ses över. Detta, i samband med att klimatförändringarna väntas leda till bland annat en ökad årlig nederbörd, ställer Sverige inför stora utmaningar att anpassa dräneringssystemen därefter. En väldränerad jordbruksmark är en förutsättning för att minimera kväveläckage och säkra den nuvarande samt i framtiden ökade matproduktionen som krävs för att underhålla en växande befolkning. Syftet har varit att med hjälp av hydrologimodellen DRAINMOD dimensionera dräneringssystem för två fält med olika markfysikaliska egenskaper som är anpassade för dagens samt framtidens klimat. DRAINMOD simulerar grundvattennivån mellan två dräneringsrör och kan med hjälp av grödparametrar såsom rotdjup och längd på odlingssäsonger uppskatta den relativa avkastningen för en specifik gröda med hjälp av ett stressindex. Detta stressindex beräknas av DRAINMOD baserat på över- eller underskott av vatten i markprofilen. DRAINMOD beräknar även vattenförluster i form av dränering, ytavrinning samt evapotranspiration. Efter att modellen validerats mot historiska klimatdata testades varje fält mot genererad framtida klimatdata. Flera olika dräneringsdjup och avstånd analyserades med avseende på dränering, ytavrinning och relativ avkastning. Det ena fältet beläget i Östergötland, med ett dräneringsdjup på riktvärdet 1,2 m och ett dräneringsavstånd på 25–50 m ger en minimerad dränerad volym samt en relativ avkastning på 80–100 % i ett framtida klimat. Det andra fältet beläget i Skåne uppnådde en minimerad dränerad volym och en relativ avkastning på 100 % vid dräneringsdjup på 0,9 m och ett avstånd mellan ledningarna på 20–50 m.About half of Sweden’s cultivated lands are estimated to be using artificial subsurface drainage. Earlier studies have shown that several of these drainage systems are obsolete and ill-equipped to handle the present climate conditions. Sweden has used a drain depth of 1.2 meters for the drainage systems as a guideline value, although studies have suggested it is necessary to be re-evaluated. Poorly dimensioned drainage systems in combination with an expected increase in precipitation due to climate change puts Sweden into challenges to adapt current drainage systems for the future. A well-drained soil is a crucial fundament to minimize nitrogen-losses and maximize crop yields to sustain a growing population. The aim was to model two different types of soils’ drainage systems with the hydrology model DRAINMOD and adapt these for today’s and the future’s climate. DRAINMOD simulates the hydrology of a soil for long periods of climatological records. The model predicts water table, soil water regime, drainage, run-off and crop yields associated with a certain drainage system design. Several different drainage depths and spaces for each of the two soils were analysed and evaluated. For the field located in the county of Östergötland, a drainage depth of 1.2 m and spacing of 25–50 m were sufficient to minimize drainage losses and maximize crop yield. Furthermore, a depth of 0.9 m and spacings of 20–50 m would be sufficient for the second field located in the county of Skåne