- Näringsupptagning - Upptagningsbetingelser. Olof Hellgren

Transkript

1 - Näringsupptagning - Upptagningsbetingelser Olof Hellgren

2 Uppläggning Historia Bakgrund Det här vill vi Metoder - Teori Metoder Teknik Resultat Slutsatser

3 Problemställningar för dagens jordbruk Miljövårdsberedningens promemoria 2005:1 Strategi för hav och kust utan övergödning» Jordbruket är den största utsläppskällan bakom övergödningen i havet och svarar för nästan hälften av utsläppen till egentliga Östersjön. Potatis och vissa grönsaker är de grödor som visat sig läcka mest kväve. «Effektiva kretslopp av näringsämnen är givetvis den bästa lösningen men hur ska detta gå till?

4 Historia Carl Sprengel, 1828 ( ) Lagen om minimum»... när en växt behöver 12 ämnen för att utvecklas, kommer den inte att växa så som växtens natur kräver, om ett av dessa ämnen inte är tillgängligt i tillräckligt stora mängder«sprengel, C Von den Substanzen der Ackerkrume und des Untergrundes. Journal fur Tecnische und Okonomische Chemie 2: ; 3: 42 99, , and

5 Historia Justus von Liebig, 1840 och 1855 Lagen om minimum slår fast att växtens tillväxt begränsas av en enda resurs vid varje tillfälle. Bara efter att resursen blivit tillgänglig till en punkt av tillräcklighet kan en annan resurs öka växtens tillväxt. LIEBIG, J.V Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie. Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig, Deutschland. LIEBIG, J. V Die Grundsätze der agricultur-chemie mit Rücksicht auf die in Englend angestellten Untersuchungen. Friedrich Vieweg and Sohn, Braunschweig, Deutschland.

6 Historia Eilhard Alfred Mitscherlich, 1909 Maximummodellen En växts avkastningskurva för en speciell resurs har en övre gräns som inte kan överskridas. Mitscherlich E. A., 1909 Das Gesetz des Minimums und das Gesetz des abnehmenden Bodenertrages. Landwirtschaftliches Jahrbuch der Schweiz 38:

7 Nutid Liebig lag och Mitscherlich modell har blivit allmänt accepterade i modernt lantbruk. Är detta tillräckligt?

8 Historia Multiple Limitation Hypothesis (MLH), 1985 Hypotesen om Flera Begränsningar Samtidigt - Om tillväxten begränsas av en resurs, måste växten använda mer kraft på att ta upp den begränsade resursen och mindre på att ta upp andra resurser. Detta skapar en dynamisk balans som gör tillväxten lika begränsad av alla resurser. Bloom A. J., F. S. Chapin III, H. A. Mooney, 1985 Resource limitation in plants an economic analogy. Annual Review of Ecology and Systematics 16:

9 Nutidsorientering Torsten Ingestad Teorien om Dynamisk Balanserat Tillstånd Steady-State, - Om tillväxten begränsas av en resurs, måste växten i förhållande till denna resurs ställa in sig på ett för växten möjligt dynamisk balanserat tillstånd för att en tillväxtkapacitet ska kunna upprätthållas. Ingestad T., 1979 Nitrogen stress in birch seedlings. II. N, K, P, Ca and Mg nutrition. Physiol. Plant. 45,

10 Vad är problemet? Problemet är att vi inte vet om och när tillväxt och utveckling begränsas av brist på något näringsämne i växten därför att: 1. Det är i otillräcklig mängd i marken 2. Det är fastlagt i marken 3. Det är på fel ställe i marken 4. Det är ofördelaktigt ph i marken 5. Det är otillräckligt med vatten i marken 6. Det är ofördelaktig strukur på marken

11 Hur löser vi problemet? 1. Vilka ämnen behöver växten? 2. Vilka mängder behöver växten? 3. Kan växten lösgöra fastlagda ämnen? 4. Var är rätt ställe för växten? 5. Hur fungerar ph och växten? 6. Vad är tillräckligt med vatten för växten? 7. Vad betyder fördelaktig markstrukur för växtens upptagning av näring?

12 Hur ska vi göra? 1. Ta reda på vilka mängder av de olika ämnena växten behöver optimala proportioner! 2. Ta reda på hur ph och växten samverkar! 3. Ta reda på om och hur växten lösgör fastlagda ämnen! 4. Ta reda på hur man ska gödsla så att det blir rätt ställe för växten vid rätt tidpunkt!

13 Hur ska vi göra? 5. Ta reda på vad som är tillräckligt med vatten för växten! 6. Ta reda på vad fördelaktig strukur för växten betyder!

14 Hur ska vi göra? Problemet är att det inte finns entydiga REFERENSVÄRDEN som kan karaktärisera växten Detta går vår verksamhet går ut på att fastställa!

15 Hur ska vi göra? REFERENSVÄRDEN är entydiga och kvantitativa termer som beskriver olika växtslag exempelvis: - Maximal tillväxtkapacitet - Optimala näringsproportioner

16 Tillförsel och upptagning av näringsämnen Traditionellt synsätt på näringstillförsel bygger på koncentration -Koncentration är tidsberoende! - Det går inte att ange någon giltighet för koncentrationen! - Dynamisk balans går därför inte att knyta till koncentration!

17 Tillförsel och upptagning av näringsämnen Tillväxt- och upptagningsprocessers hastigheter krävs för ett DYNAMISKT SYNSÄTT dvs DYNAMISK BALANS

18 Tillförsel och upptagning av näringsämnen När är hastigheten giltig? För hela perioden!

19 Steady-State = Dynamisk Balans dn 1 dw 1 = dt Ni balans dt W Upptagnings- och tillväxthastighet dt N ger ett dynamiskt stabilt tillstånd d W Steady-State = 0

20 Steady-State = Dynamisk Balans dn 1 dw 1 > dt N dt W Om kväveupptagningen är större än biomassa-ökningen då blir det inget d Steady-State: W dt N Kvävehalten ökar och ökar men hur länge kan detta pågå? > 0

21 Steady-State = Dynamisk Balans - Att kvävehalten i växten bara skulle öka och öka är uteslutet. Men vilka förhållanden gäller mellan tillväxtkapaciteter och kvävehalter? - Acklimatisering betyder att växtens tillstånd ändras. Detta innebär en tillfällig anpassning till ändrade förhållanden. Men hur stora och hur snabba förändringar ger acklimatisering? - Bristsymptom är ett tecken på försök till balans. Men vilken balans är det och vilken vill man ha?

22 Steady-State = Dynamisk Balans dn 1 dw 1 = dt N dt W - Upptagningshastigheten av näringsämnen måste knytas till tillväxthastigheten! - Tillväxthastigheten måste knytas till växtens tillstånd! -Växtens tillstånd måste sträva efter att vara stabilt, dvs i balans! d N W dt = 0

23 Odling av potatisplantor under kontrollerad tillförsel av näringsämnen Vi odlar växterna med rötterna i luft Näringsämnena tillförs genom att titreras in Näringsämnen sprayas på rötterna

24 Kontroll av Tillväxt - konduktivitet

25 Odling av potatisplantor under kontrollerad tillförsel av näringsämnen Upptagningen av näringsämnen kontrolleras genom växternas tillväxthastighet

26 Odling av potatisplantor under kontrollerad tillförsel av näringsämnen Upptagning av näringsämnen kan kontrolleras under långa tillväxtperioder

27 Tillväxt uppmätt från successiva skördar av hela plantor 1.4 hela växtens torrvikt, g /75% NH 4+ /NO 3 - ljus 200 µmol m -2 s -1 högst ph dagar

28 Tillväxtkapacitet uppmätt från successiva skördar av hela plantor torrvikt per planta, g /75% NH 4+ /NO 3 - ljus 200 µmol m -2 s -1 högst ph tillväxtkapacitet Tillväxtkapacitet g g -1 g dagg -1-1 dag -1 - korrelationskoefficient Korrelationskoefficient r 2 = dubbel vikt på 2 dagar och 16 timmar days

29 Kontroll av Tillväxt - upptagning

30 Makroämnenas inbördes proportioner i förhållande till N som 100% N mg/g mg g -1 Makroämnen K/N % P/N 13-16% S/N 4-7% Mg/N 13-18% Ca/N 13-18% %

31 Mikroämnenas inbördes proportioner i förhållande till N som 100% Fe/N % Mikroämnen Mn/N Zn/N % 1-3.5% B/N 0.05% Cu/N % %

32 Gödsling och proportioner av näringsämnen i växten Optimala proportioner av näringsämnen i växten är inte samma som optimala proportioner i gödselmedlet Växten Hänsyn måste tas till sådant som tillgänglighet, befintligt, fastläggning, ph etc.

33 Kontroll av Tillväxt - ph

34 Potatis och ph Vi har observerat att potatisplantan ökar ph till över 7 Om detta begränsar tillväxten vet vi ännu inte Vi har i experimenten noggrant och kontinuerligt kontrollerat ph att inte överstiga 6.5 Växten

35 Kvävekälla och ph i näringsupptagningsprocessen Upptagning av negativt laddade nitrat-joner balanseras normalt med avgivande av OH - och HCO 3 - vilken resulterar i att ph ökar Växten Växten Upptagning av positivt laddade ammonium-joner balanseras normalt med avgivande av H + vilket resulterar i att ph minskar

36 Fråga Har olika mark i vilka samma ph mätts upp olika dynamisk kapacitet att buffra en kontinuerlig ökning av ph orsakat av växterna? Marken Svar Ja! Men problemet är att identifiera markens dynamiska kapacitet (hastigheten) Marken

37 Konklusion Markens ph buffrande förmåga Marken måste behandlas som förmågan till minsknings- och ökningshastighet av H +

38 Konklusion Odling av Potatis rekommenderas i jord med ph kring 6.5 Detta är en mycket grov, oprecis och otillräcklig rekommendation som inte motsvarar den strategi och de krav växten har och inte heller motsvarar markens produktionskapacitet Växten Marken

39 Forskning i 4 faser - kontrollerade experiment - screeningexperiment - fältliknande experiment - fältförsök

40 Fråga Växten + Marken Hur går man vidare? Svar Växten + Marken Man måste förstå innebörden av vad referensvärden är och vad dynamik är! Man måste förstå hur referensvärden och dynamik ska användas! Någon annan väg finns inte om man ska kunna utveckla begreppet precision! Man måste lämna koncentrationstänkandet!

41 Fråga Växten + Marken Hur går man vidare? Svar Växten + Marken Referensvärden beskriver vad växten vill ha! Hur kan marken ge vad växten vill ha? - Hur mycket av olika näringsämnen ska man gödsla med? - När och var ska man gödsla? - Hur ska markens struktur se ut? - Hur ska optimalt ph etableras? - Hur ser optimalt vattentillstånd ut?

42 Framtiden Referensvärden som beskriver vad vill växten ha måste fastställas! - Rätt mängd av olika näringsämnen, - som tillförs i etapper under grödans tillväxt, - i en mark med god struktur, - med ph som anpassas efter grödan, - och vattentillstånd där torka är bättre än översvämning!

43 TACK Presentationen kan hämtas från: