Jordbrukstekniska institutet

Transkript

1 i L " npi Jordbrukstekniska institutet Swedish Institute of Agricultural Engineering ULTUNA UPPSALA Energigrödor för biogas Effekter på odlingssystem Waldemar Johansson Lennart Mattsson Lennart Thyselius Bengt Wallgren JTIrapport niymn 9 m m*w is imunna ntm mis wnntmi

2 JTIrapport 161 Energigrödor för biogas Effekter på odlingssystem Waldemar Johansson Lennart Mattson Lennart Thyselius Bengt Wallgren Copyright Jordbrukstekniska institutet (JTI) Enligt lagen om upphovsrätt är det förbjudet att utan skriftligt tillstånd av copyrightinnehavaren helt eller delvis mångfaldiga detta arbete. Tryck: Jordbrukstekniska institutet, Uppsala 1993 ISSN MASTER * os mm % matm

3 Innehål! Ii 1 Förord 5 Sammanfattning 7 1 Bakgrund och syfte 9 2 Markfysikaliska förändringar och effekter vid övergång frän konventionell odling till odlingssystem med biogasgrödor Bakgrund Exempel på inverkan av växtföljd och odlingsteknik 11 Mullhalt 11 Markstruktur och skörd 14 Dragkraft och energibehov 16 Sammanfattning Effekter i odlingssystem med biogasgrödor 18 Rotmängd och upptorkning 18 Organisk substans från skördade produkter 19 Andel bar markyta Bearbetningsfrekvens 21 Markbelastning 22 Sammanvägd inverkan Värdering av markfysikaliskt relaterade förändringar 25 3 Växtnäringscirkulation vid biogasframställning Skattning av skördarna r,.orlek Vallarnas botaniska s.* > insättning Växtnäringshalter Allmänna komment; < 28 Kväve 28 Fosfor och kalium 30 Avslutande kommen* rit 33 4 Kemiska bekämpningsu fel i växtföljder med biogasgrödor Ogräsbekämpning Årlig preparatkosti 1. d Bekämpning av sk» einsekter, svampar, m.m 37 5 Olika grödors förfruktsev skter 38 6 Möjligheter att utnyttja f; tiggrödor för biogasproduktion 39 7 Diskussion och slutsatser Markfysikalisk effekt Växtnäringscirkulation vid biogasframställning Kemiska bekämpningsmedel Olika grödors förfruktseffekter Fånggrodor för biogasproduktion 42

4 4 Slutsatser 42 Litteratur 43 Appendix Al Förutsättningar för beräkning av mängd återförd organisk substans i växtföljder 45 Appendix A2 Förutsättningar för bestämning av andelen bar markyta 47 Appendix A3 Antal körningar och bearbetningar i sydsvenska växtföljder 49 Appendix A4 Antal körningar och bearbetningar i mellansvenska växtföljder 51 Appendix AS Antal körningar och bearbetningar i norrlandsväxtföljder 53

5 Förord Jordbrukets pågående omställningsprocess och diskussioner angående inhemska förnyelsebara energikällor har bland annat omfattat möjligheten att utvinna biogas ur speciellt odlade grödor. Förutom den energi som kan utvinnas ur grödorna påverkas odlingssystemet av växtföljder i vilka ingår grödor för biogasproduktion. Föreliggande rapport syftar till att belysa hur markfysikaliska, växtnäringsmässiga och andra odlingsfaktorer påverkas vid övergång från spannmålsdominerade växtföljder till odlingssystem med biogasgrödor. Utredningen har finansierats inom ramen för Vattenfalls bioenergiprogram. Forskningsledare Lennart Thyselius, Jordbrukstekniska institutet, har svarat för planeringen och koordineringen av arbetet. Huvuddelen av utredningsarbetet har utförts vid Sveriges Lantbruksuniversitet av professor Waldemar Johansson, Institutionen för markvetenskap, avd. för hydroteknik, agr.dr. Lennart Mattsson, Institutionen för markvetenskap, försöksavd. för växtnäringslära och statsagronom Bengt Wallgren, Institutionen för växtodlingslära, försöksavd. för växtföljder. Till alla som på olika sätt medverkat i studien riktas ett varmt tack. Ultuna, Uppsala i november 1992 Björn Sundeli Chef för Jordbrukstekniska institutet

6 Sammanfattning ' Id Föreliggande utredning, som utförts vid SLU och JTI under 1991 syftar till att belysa effekterna på odlingssystem vari ingår balj växt vallar för biogasproduktion. De frågor som behandlats har gällt markfysikaliska effekter, växtnäringscirkulation, användning av kemiska bekämpningsmedel, olika grödors förfruktseffekter samt möjligheten att utnyttja fånggrödor för biogasproduktion. Resultaten av de enskilda odlingseffekterna kommer att utnyttjas i en förnyad teknisk/ekonomisk analys, som genomförs vid JTI under I utredningen har kunnat konstateras att inom spannmålsdominerade och husdjursextensiva områden ger växtföljder med fleråriga vallar en klar förbättring av markstrukturen och jordarnas fysikaliska egenskaper. Odlingseffekten av den förbättrade markstrukturen i Mellansverige bör innebära en kornskörd som ligger 10 % över vad spannmålsgrödorna i jämförelseväxtföljder utan vall ger. Med vall i växtföljden erhålls dessutom lägre dragkraft och energibehov för jordbearbetning. Kvävefixeringen i fleråriga vallar medför enligt de utförda beräkningarna att ett kväveöverskott erhålls i den sydsvenska växtföljden med tvåårsvallar och i den mellansvenska växtföljden med treårsvallar. Självförsörjningen med kväve var 59 % i den sydsvenska växtföljden med ettårsvall och 82 % i biogasväxtföljden i norra Sverige. Fosforbehovet täcks till ca en tredjedel eller hälften medan det genomgående blev överskott på kalium. Övergång till en mer vallintensiv växtföljd innebär ett kraftigt minskat behov av kemiska bekämpningsmedel. För biogasväxtföljderna innebär detta såväl ekonomiska som miljömässiga fördelar framför den konventionella odlingen. Preparatkostnaden för ogräsmedel kan minskas med 40 till 170 kr/ha och år. Minskningen i spridningskostnad har beräknats till mellan 24 och 60 kr/ha och år. På motsvarande sätt sker en minskning av bekämpningsinsatsen mot skadeinsekter och svampar. Avbryts en flerårig odling av stråsäd med en annan gröda sker i allmänhet en skördeökning av en efterkommande spannmålsgröda, s.k. förfrukts värde. En sammanvägd effektskillnad av förfruktsvärde mellan jämförelseväxtföljderna och biogasväxtföljderna kan uppskattas till mellan 100 och 300 kg spannmål första året efter en flerårig vall. Sammanfattningsvis kan konstateras att de studerade biogasväxtföljderna i förhållande till valda jämförelseväxtföljder ger positiva effekter på jordstruktur, minskat behov av handelsgödsel och kemiska bekämpningsmedel. Det sammanlagda värdet av de i studien behandlade faktorerna kommer att i hög grad påverka lönsamhetsberäkningar av energigrödor avsedda för biogasproduktion.

7 9 1 Bakgrund och syfte I början av 1980talet väcktes intresset för att odla grödor för biogasproduktion. JTI deltog tillsammans med SLU i ett projekt kallat Agrobioenergi, där bl.a. den totala och praktiska utvinningsbara biogasn ängden från ett antal växter bestämdes. Vidare studerades olika rötningsprocesser i laboratorieskala påbörjades en utredning för att belysa de tekniska och ekonomiska möjligheterna att producera biogas ur s.k. energigrödor. Studien initierades och finansierades av Vattenfall. Resultatet sammanställdes dels i Vattenfalls FUDrapportserie U(S) 1988/22, dels i JTIrapport 97 "Biogas ur energigrödor. System och kostnader för storskalig framställning och användning av biogas". I samband med jordbrukets pågående omställningsprocess har på nytt frågan om biogasgrödor aktualiserats. Jordbrukets möjligheter att utnyttja åkermark för energigrödor har förändrats liksom de ekonomiska förutsättningarna vad beträffar energipriser, miljöavgifter m.m. En omarbetning av den tidigare utförda ekonomiska analysen är därför motiverad och planeras att genomföras. Syftet med föreliggande utredning är att med en kunskap som finns vid Lantbruksuniversitetet belysa hur odlingssystemen påverkas vid en övergång från konventionell odling till odlingssystem med biogasgrödor. Studien avgränsas till att omfatta konsekvensen av att utnyttja baljväxtvallar för biogasproduktion. Vallarealen svarar i de valda växtföljderna för och 33 % av åkerarealen i Sydsverige (1 års respektive 2 års vall), 50 % i Mellansverige och 80 % i norra Sverige. För syd och mellansvenska förhållanden kan en ökad potential för biogas erhållas om växtföljder väljs med flera biogasgrödor. 2 Markfysikaliska förändringar och effekter vid övergång från konventionell odling till odlingssystem med biogasgrödor 2.1 Bakgrund En jords funktion som växtplats bestäms av dess fysikaliska och kemiska egenskaper eller tillstånd samt av de fysikaliska, kemiska och biologiska processerna i marken. Processerna påverkas av egenskaperna. Viktiga fysikaliska egenskaper är porernas (håirummens) storleksfördelning och sammanhang, porositet, vattenhållande förmåga samt genomsläpplighet för vatten och luft. Hålrumssystemets utformning, som beror av markstrukturen, bestämmer eller har stort inflytande på övriga fysikaliska egenskaper.

8 10 Markstrukturen, som mera är ett kvalitativt begrepp än en mätbar egenskap, är ett uttryck för hur marken är uppbyggd. Byggelementen och materialen utgörs av primära jordpartiklar, sammansatta eller sekundära partiklar (=aggregat), humus, döda växtrester m.m. Hur marken fungerar som fysikaliskt underlag för växter beror inte direkt av strukturen i sig utan av de egenskaper och betingelser som strukturen skapar. Odlade jordars struktur och fysikaliska egenskaper påverkas och bestäms av naturliga faktorer tjäle, uppblötning och upptorkning, flora och fauna samt av brukarens åtgärder och eventuella andra mänskliga influenser. Strukturen och de fysikaliska egenskaperna förändras under året och över åren, i olika grad för skilda jordar, odlingssystem och väderleksförhållanden. I regel är förändringarna störst i markens ytlager och avtagande mot djupet. Odlaren påverkar sina jordars struktur och fysikaliska status genom grundförbättringsåtgärder såsom dränering, strukturkalkning och tillförsel av externt organiskt material. Han påverkar också marken med grödor och växtföljd, med bearbetningssystem, maskinpark, antal körningar och körtidpunkter, genom sättet att utnyttja cgenproducerat organiskt material, genom gödsling och insatser av bekämpningsmedel m.m. Från omkring 19 till slutet av 1940talet var arealen åker i Sverige ca 3,7 miljoner ha. Det är den största areal som hittills odlats. Under perioden ifråga minskade arealen av spannmål, träda och obrukad mark medan arealen av vall ökade (Mattson 1985). Samtidigt minskade arealen ängsmark. År 1950 odlades spannmål på 38 % och vall på ca 44 % av den totala åkerarealen. Andelen träda plus grönfoder utgjorde ca 8 % och andelen oljeväxter ca 4 %. Under ca 100 år fram till omkring 1950 dominerades växtföljderna i Sverige av det s.k. blandade växelbruket. Det var ett odlingssystem, där rena avsalugrödor omväxlade med foderspannmål och vall och det var anpassat till gårdar med nötkreatur. Generellt sett var växtföljderna och odlingstekniken under perioden mycket bra från markfysikalisk synpunkt. Relativt stora mängder organiskt material återfördes till odlingsplatsen och markpackningen var liten. Sedan slutet av 1940talet har man allt mer övergått till s.k. fria växtföljder. Särskilt har så varit fallet på gårdar med kreaturssvag eller kreaturslös drift. Växtodlingen har blivit ensidigare med tyngdpunkt lagd på spannmål. Andelen spannmål och oljeväxter har, för landet som helhet, ökat till mer än 60 %, medan vallandelen minskat till ca 30 %. På lerjordsslätterna i Götaland och Svealand har under 1980talet spannmål och oljeväxter odlats på mer än 80 % av åkerarealen. Samtidigt har vi sedan 1940 talet haft en utveckling mot större och tyngre traktorer, maskiner och vagnar, mot djupare plöjning och större antal iordbearbetningar per växtföljd. Under de senaste 1015 åren har plöjningsfri odling ökat i omfattning. Detta är en utveckling mot lägre markpackning och färre antal bearbetningar. Negativt från markfysikalisk synpunkt är att den åkerareal som årligen täckdikas länge varit mindre än vad som behöver nyeller omdikas. Och nu minskar täckdiknir.gen drastiskt, från mellan och ha per år från början av 70talet tom 1989 till högst ha per år fr.o.m

9 11 Skördarna av spannmål och andra grödor i öppet bruk har stigit ganska mycket sedan 1940talet. Odlingssäkerheten har dock inte ökat. Snarare är det så att skillnaderna mellan bra och dåliga år relativt sett är lika stora nu som tidigare. Utvecklingen vad gäller växtmaterial har gått mot att allt mer av kolet i grödorna finns i de ekonomiskt utnyttjbara delarna. Förändringarna i växtföljder och odlingsteknik har påverkat jordarnas egenskaper. Måhända har även utvecklingen mot grödor med kortare strå och relativt sett mindre rotproduktion haft en viss inverkan. Från fysikalisk synpunkt har de negativa effekterna generellt sett varit större än de positiva. En stor del av de odlade jordarna har försämrats fysikaliskt under de senaste årtiondena. Det gäller i första hand lerjordar som odlas i öppet bruk utan vall och särskilt matjorden på sådana jordar. I det följande ges först några exempel på inverkan av växtföljder och odlingsteknik. Därefter följer ett avsnitt om effekter på markstruktur och fysikaliska egenskaper vid övergång från spannmålsdominerad odling till odlingssystem med biogasgrödor. Slutligen görs ett försök att sammanfatta och värdera dessa effekter. 2.2 Exempel på inverkan av växtföljd och odlingsteknik Mullhalt I svenska mineraljordar är mullhalten i matjorden normalt mellan 2 och 5 viktsprocent och mängden mull till ca 30 cm djup 700 ton/ha. Minskar mullhalten så försämras i regel strukturen, strukturstabiliteten och de fysikaliska egenskaperna. På lerjordar medför t.ex. en sänkning av mullhalten med 1 procentenhet i genomsnitt en reducering av kapaciteten för växttillgängligt vatten med 2 mm per dmskikt. Som jämförelse må nämnas att lerjordar med mer än 30 % ler normalt kan hålla 1418 mm växttillgängligt vatten per dm i älven. Resultat från svenska studier av mull eller kolhaltens förändring över längre tidsperioder har redovisats av bl.a. Jansson (1986) och Persson (1981). Ohlsson (1979) anger att man på Lanna försöksgård i Rlän haft en sänkning i matjordens mullhalt från 46 till 34 viktsprocent sedan 1930talet. Jordarna på gården utgöres av styvare mellanleror och styva leror. Orsaken säges vara bortodling (till följd av minskad vallandel) och ökat plöjningsdjup. Jansson (1986) och Persson (1981) har presenterat data från kolbestämningar i långliggande odlingssystemförsök i Skåne. Några av deras resultat, omräknade till mullhalter, återges i tabell 1.

10 12 Tabell 1. Matjordens mullhalt (viktsprocent) i långliggande försök i Mlån. Kvävetillförsel i medeltal kg/ha/år. Från Jansson (1986) och Persson (1981). Växtföljd Skörderestbehandling Orup Lerig moränmo Fjärdingslöv Moränlåttlera Kom Vall Sockerbetor Halm och blast bortföres Stallgödsel till sockerbetor 4,45 4,09 2,70 2,80 Halm och blast nerbrukas Kreaturslöst 4,94 3,77 2,80 2,36 Korn Oljeväxter Sockerbetor Halm bränns och blast bortföres Kreaturslöst Petersborg Lerig moränmo ,03 2,22 1,98 2,13 1, Hvilan Moränlåttlera ,79 6,16 6,74 6,23 6,52 5,74 På lokalerna med högst mullhalt har en sänkning skett även där vall (ett år) ingått i växtföljden och stallgödsel tillförts. Utan kreatur och med halm och blast nedbrukade är sänkningen på dessa två platser 1,17 respektive 0,51 viktsprocent eller i genomsnitt ca 0,05 resp. 0,023 viktsprocent per år. Bränning av halm och bortförsel av blast har vid Petersborg sänkt mullhalten med 0,09 viktsprocent över 22 år medan vall + stallgödsel och nerbrukning av organiskt material vid kreaturslös drift i genomsnitt medfört en höjning med 0,17 % viktsprocent för samma tidsperiod. Vid Hvilan, där mullhalten är högre än normalt för regionen, har man troligen länge haft en valldominerad växtföljd. För jämförelse må nämnas resultat från ett långliggande växtföljdsförsök vid Askovs försöksgård i Danmark (Christensen 1990). I försöket ingick bl.a. en växtföljd med höstvete, betor, korn och ettårig klöver/gräsvall och en växtföljd med höstvete, betor, kora och lin. Under perioden sjönk mullhalten i dessa växtföljder i genomsnitt med 0,015 respektive 0,018 viktsprocent per år. Lars Ericson (opublicerat) har genomfört studier av organiskt kol i matjorden i två långliggande växtföljdsförsök i Norrland. Några till mullhalt omräknade resultat återges i tabell 2.

11 Tabell 2. Matjordens (0 cm) mullhalt (viktsprocent) i norrländska våxtföljdsförsök. Efter Ericson, L (opubl.). 13 Växtföljd Offer, Ylän mjålig mellanlera Röbäcksdalen. AClån lerig mo Korn + 5 år vall 4, ,31 6,57 Kom, 3 år vall, årtblandsäd. foderraps 4, Kom, 2 år vall, höstråg, potatis, årtblandsåd 4,85 3,99 9, 5.62 Kom m. ins., tråda, höstråg, ärter, potatis, kålrötter el. morötter 4,61 3,54 9,63 4,54 På Offer, där jorden länge varit odlad, har man med 3 år vall i en sexårig växtföljd kunnat uppehålla mullhalten. Med S år vall har mullhalten höjts. I växtföljden utan vall har halten sänkts med i genomsnitt 0,035 viktsprocent per år. Försöket på Röbäcksdalen låg på ett fält som var ängsmark före Mulihalten, som vid starten var hög, har reducerats betydligt i alla växtföljder. Sänkningen har blivit större ju lägre vallandelen varit. Valls inverkan på mullhalten belyses i tabell 3. Mullhalten har erhållits från glödförlustbestämningar. Undersökningen har gjorts på en styv lera utanför Uppsala i Clän. Tabell 3. Inverkan av vall och vallandel på mullhalt och mullmångd. Från Wiklert (1962). Nivå cm Öppet bruk 10 år öppet bruk 6 år följt av gräsvall 4 år Gråsvall 10 år Mullhalt, vikts% , ,1 3,2 2, ,4 3,0 2,8 Mullmångd, ton/ha Det finns klara skillnader i mullhalt och därmed i mullmångd mellan växtföljderna både i matjorden och i övre delen av älven.

12 14 Markstruktur och skörd Förfruktsvärdet av en gröda, inklusive influenser av odlingstekniken, kan i huvudsak sägas berc av: inverkan på markens struktur och fysikaliska egenskaper växtnäringseffekter inverkan på växtsjukdomar och skadedjur inverkan på ogräsförekomst Att särskilja effekterna är svårt eller omöjligt bl.a. därför att de samverkar. Så är t.ex. växtnäringseffekten mer eller mindre starkt kopplad till de fysikaliska betingelserna. I föregående avsnitt gavs en viss belysning av vallens inverkan på jordars mullhalt. Vi vet dock inte mycket om hur mullhalt och fysikalisk status påverkas på olika jordar av vallens liggetid och dess andel i växtföljden. Vi har därtill ringa kunskap om hur stor del av förfruktsvärdet hos en vall som, direkt och indirekt, beror av fysikaliska faktorer. Om man emellertid vänder på problemet och ser på vilka effekter i skörd och skördekvalitet som kan erhållas genom olika åtgärder som höjer mullhalten och förbättrar strukturen, bör vi få en uppfattning om vad som skulle kunna uppnås med vall eller ökad vallandel i dagens spannmålsdominerade växtföljder. Låt oss först se på erfarenheter av halmanvändning. Persson (1982) säger att resultat från ett flertal långliggande försök visar, aii halmen har en positiv effekt på mullhalten och att denna inställer sig några tiondels procentenheter högre där halm brukats ned än där så inte varit fallet. Det sägs också att svenska, norska och danska försök visar att effekten av halmnedbrukning i allmänhet är liten på skörden, om kväve tillförs grödan enligt gällande rekommendationer. Resultaten gäiler odlingssystem med plöjning. Försöksavdelningen för hydroteknik, SLU, och Elonen (1988) har genomfört försök med grund nedbrukning av halm i kombination med enbart grund jordbearbetning (Oca 10 cm) vid ensidig vårsädesodling. Efter 6 år var mullhalten i ytlagret 0,70,8 viktsprocent högre än i jämförelseled med plöjning och konventionell bearbetning. Möjligen skulle skillnaden ha blivit större om försöken legat flera år. Riley (1988) säger dock att man vid plöjningsfri odling nästan alltid får en ökning av mullhalten i markens övre skikt och att ökningen efter några år som regel är omkring 0,5 viktsprocent och sällan mer än 1 %. Elonen (1988) erhöll störst andel vattenstabila aggregat där plöjning ej skett. Försöken av Elonen (1988) genomfördes på 5 olika typer av lerjordar. I genomsnitt för jordarna och de 6 åren blev kämskörden lika stor i de båda försöksleden; med plöjning och plöjningsfri» Eventuella skillnader i genomsnittsskörden mellan den första treårsperioden och den andra anges ej. Insatsen av drivmedel och bearbetningskostnaden bör ha varit minst i försöksledet utan plöjning.

13 15 Inverkan på markegenskaper och skördenivå av förhöjd mullhalt i ett ytligt lager har studerats i en serie fältförsök med vårsådda grödor under åren vid försöksavdelningen för hydroteknik, SLU, (Gustafsson, 1987). I försöken ingick led med plöjning och konventionell bearbetning samt led med ca 2 viktsprocent förhöjd mullhalt i markens ytskikt (ca 5 cm) och enbart grund bearbetning (ca 5 cm). Mullhalten hade höjts genom påförsel med ca 3 cm mullrik sand hösten Försöksåren hade gynnsamma väderleksförhållanden för vårsådda grödor. I genomsnitt för 25 försöksår med vårsäd på lerjordar gav försöksledet med förnöjd mullhalt och grund bearbetning 11 % (460 kg/ha) större kämskörd än det konventionella ledet. Den genomsnittliga merskörden blev av samma procentuella storlek på olika typer av lerjordar. I ett fall erhölls en liten sänkning i kärnskörd på grund av tidig liggsäd. Merskördarna har erhållits som följd av snabbare och jämnare uppkomst, bättre rotutveckling och kraftigare bestockning samt bättre vattenförsörjning, näringsupptagning och tillväxt. Variationen mellan årsskördar var minst i ledet med förhöjd mullhalt. Erfarenheterna från försöken med grund inbrukning av halm respektive med förhöjd mullhalt i markens ytlager visar på en möjlig väg idag mot bättre struktur och odlingsbetingelser på lerjordar i övervägande öppet bruk. Rötrester från vall och andra växtprodukter är lämpliga att använda och bruka in grunt i marken. Det gäller även rötrester från andra organiska material, om de inte innehåller för mark, växter och växtkonsumenter skadliga ämnen. En odlingsteknik med återförsel till marken av halm och andra växtrester i kombination med grund jordbearbetning borde från fysikalisk synpunkt bli ännu bättre om den kombinerades med mcllangrödor på hösten. Tillslamning och skorpbildning och negativa följdverkningar därav är vanligast på mo och mjälarika leror. Problemen har utan tvivel blivit större efterhand som vallandelen reducerats i växtföljderna. Sedan 1983 har ca försök genomförts i vårstråsäd med täckning av markytan med halm, hö eller ensilage omedelbart efter sådden för att förhindra eller begränsa tillslamning, avdunstning direkt från markytan och skorpbildning. I försöken har ingått moment med olika kvävegivor. Polgår (1988) redovisar resultat från en serie om 9 ettåriga försök med halmtäckning (ca kg/ha). I genomsnitt gav halmtäckningen en ökning av kärnskörden med 8 %. Sedan 1989 pågår en liknande serie på tre platser, i vilken man använder ca kg halm/ha. I medeltal för 6 försöksår har kärnskörden ökat med 29 % (variationsvidd 3106 %) för halmtäckning (Linnér tn.fl., 1990, 1991). I en annan serie, som startades 1988, prövas halm, hö och ensilage (ca kg torrt material per ha). Medeltalet för de tre materialen och för 6 försöksår och tre platser är en ökning av kärnskörden med 33 % (variationsvidd 5 %100 %) (Linnér m.fl., 1989, 1990, 1991).

14 16 Vad förbättrad markstruktur kan betyda för skördens storlek kan belysas också med resultat från försök med strukturkalkning (kalkning med bränd eller släckt kalk). Långliggande försök med sådan kalkning har genomförts vid Lanna försöksgård i Rlän på en mullhaltig styvare mellanlera styv lera. Försöken startades på 1930talet och innehöll led utan kalk och med kg CaO/ha vid anläggningen. Under det första 6åriga växtföljdsomloppet gav kalkningen merskördar av i medeltal 450 kg/ha (11%) kärna av höstvete och 400 kg/ha (12 %) kärna av vårsäd (Ohlsson 1979). I omloppet 2530 år efter starten var merskördarna 130 respektive 100 kg/ha. Dessa resultat gäller för en genomsnittlig fosforgödsling av 17,5 kg P per ha och år. Utan fosforgödsling blev merskördarna för strukturkalkning större. I fleråriga försök på mjälarika leror under senare år har strukturkalkning med upp till kg CaO/ha vid anläggningen gett skördeökningar på mellan 0 och 30 % i enskilda försök. All körning på mark utsätter denna för tryck och medför, i varje fall då marken är otjälad, nedbrytning av strukturen och reducering av porvolymen. Förändringen i struktur och porsystem blir i regel störst vid höga vattenhalter. I första hand är det det grova porsystemet som reduceras. Vid tung maskindrift kan trycktillskott påverka makroporsystemet i hela den övre metern. Att reducera de markstrukturskador som förorsakas av maskiner och redskap framstår idag som mycket viktigt. Vad skonsam körning kan betyda belyses av resultat från försök med vinschning som genomförts av hushållningssällskapet i Skaraborgs län åren på två mycket styva leror (Håkansson et al 1985, Gustafsson & Nilsson 1988). I försöken ingick försöksled med konventionellt traktorbruk (enkelmontage, lufttryck 1001 kpa) och led med vinschning av alla maskiner och redskap utom skördetröskan. I medeltal för 21 skördeår med vårsadda grödor gav vinschbruket 26 % större kärn och fröskörd än traktorbruket med enkelmontage. Dragkraftbehovet vid höstplöjning reducerades med ca 25 % (medeltal för 6 år i ett försök). Utgår man från resultaten för vinschbruket så sänkte konventionellt traktorbruk skördarna av vårsadda grödor med ca % och ökade dragkraftbehovet vid höstplöjning med 3035 %. Ett annat exempel på betydelsen av markskon sam körning kan hämtas från pågående försök på lerjordar vid försöksavdelningen för jordbearbetning, SLU. Vid övergång från en vanlig men god hjulutrustning på alla maskiner till hjulutrustning med ett högsta ringtryck på 50 kpa har man under de fyra första åren ökat skölden med 3 %. Effekten förväntas öka med tiden. Dragkraft och energibehov Bra markstruktur medför normalt goda betingelser för jordbearbetning, att antalet bearbetningar kan vara relativt få och att insatserna av dragkraft och energi kan ligga på en förhållandevis låg nivå. Resultaten från försöken med vinschbruk i Rlän visar att betydande vinster i drygkraft och drivmedelsbehov kan göras.

15 17 Berglund (1977) redovisar resultat från dragmotståndsmätningar i en serie försök med och utan strukturkalkning. Serien omfattade 11 försök på olika typer av lerjordar och 22 försöksår. Mätningarna genomfördes strax efter skörden på hösten. I försöksled som kalkats med 16 ton CaO/ha vid anläggningen blev motståndet i genomsnitt 84 % jämfört med okalkat led. Plöjningsfri odling ger möjlighet till inbesparing av arbetstid, dragkraft och energi. Danfors (1988) redovisar resultat från mätningar av bränsleförbrukning och arbetstid för vårbruk och sådd dels med plöjning, dels med stubbearbetning på fem platser under ett år. I genomsnitt reducerades såväl bränsleförbrukningen som tidsåtgången till 6570 % vid övergången till plöjningsfritt system. Riley (1988b) anger värden på tidsåtgång från två års mätningar i praktisk drift vid Kise försöksstation. När höstplöjning och sladdning uteslöts reducerades arbetstiden för vårbruk till 80 %, när vårplöjning och sladdning uteslöts reducerades tiden till 51 %. Sammanfattning En bedömning baserad på de resultat som förut återgetts eller presenterats är att spannmålsskördarna på lerjordar i övervägande öppet bruk idag skulle ha varit 10 % högie per hektar, med nuvarande insatser av produktionsmedel, om jordarnas struktur och fysikaliska egenskaper varit lika bra som för 4050 år sedan. Man kan vända på detta och säga att nuvarande spannmålsskördar skulle kunna uppnås med lägre insatser av produktionsmedel. Kvävegödslingen skulle kunna reduceras med 1530 %. Förbättring av jordars struktur medför också vinster i dragkraft och energibehov och i tidsåtgång för jordbearbetning. De relativt få undersökningar som genomförts rörande dessa problem pekar på att man idag skulle kunna reducera dragkraftbehovet och bränsleförbrukningen för jordbearbetning i öppen växtodling med åtminstone 15 %. En väg idag mot bättre struktur och odlingsbetingelser på lerjordar i övervägande öppet bruk är att till marken återföra all halm och andra växtrester som inte säljes, att så långt möjligt också odla mellangrödor på hösten samt att tillämpa grund jordbearbetning. För många lerjordar i vårt land borde dock vallen vara ett naturligt inslag i växtföljden. Idag är vallodling ofta förbunden med skador på markstrukturen vid skörd, transporter och spridning av gödsel. Det är angeläget att problemen med de tunga körningarna kan reduceras så att vallens gynnsamma inverkan på kan tas tillvara.

16 Effekter i odlingssystem med biogasgrödor Genom sitt val av gröda, växtföljd och odlingsteknik påverkar eller styr odlaren rotutveckling och rotmängd, upptorkning, tillförsel av organiskt material, markyteskydd, antal bearbetningar och körningar samt markpackning. Det är dessa sex odlarberoende faktorer, som vid sidan av naturliga faktorer och grundförbättringsåtgärder, bestämmer hur mullhalt, struktur och sirukturstabilitet samt fysikaliska egenskaper förändras på kort och lång sikt. I detta avsnitt redovisas resultat från uppskattningar och beräkningar av olika faktorers inverkan på marken i biogas och jämförelseväxtföljder. Växtföljderna anges i appendix A3A5. Rotmängd och upptorkning Det finn > få data om rotmängder för olika jordar och grödor i Sverige. Det finns däremot många experimentella studier och simuleringar av markvatteninnehåll under odlade grödor. Här må nämnas arbeten av Wiklert (1977) respektive Johansson (1974). På basis av tillgängliga uppgifter och egna erfarenheter (W. Johansson) har rotmängd och upptorkning bedömts efter en Sgradig skala (tabell 4). Värdena skall ses som medeltal över en längre tidsperiod. Tabell 4. Bedömning av rotmängd och upptorkning på lerjordar. Skala anger störst rotmängd respektive starkast upptorkning. Vall (slätter) Ärtor Vårsäd Höstoljeväxter Våroljevaxter Sockerbetor Rotmängd Nedbrukning av halm Bortförsel av haim 5 4,5 4,1 3,5 3,2 4 3,7 3 2,8 3,5 3,2 3 Upptorkning Nedbrukning av halm Bortförsel av halm 5 4 3,6 3 2,8 3,5 3,2 2,5 2,3 2,5 2,3 3,5 På grundval av värdena i tabell 4 har medelvärden för växtföljder beräknats (tabell 5). För jämförelseväxtföljderna i Sydsverige och Mellansverige redovisas resultat med och utan återförsel av stråsädeshalm. Halm av oljeväxter och ärtor har lämnats kvar i båda jämförelseväxtföljderna.

17 19 Tabell 5. Rotmängd och upptorkning på lerjordar. Medeltal från bedömning efter skalan 15. Växtföljderna anges i appendix A3A5. Växtföljd Sydsverige A Biogas 1 8 Biogas 2 C, Jämförelse Halm ej bortförd C 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd Mellansverige A Biogas B, Jämförelse Halm ej bortförd B 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd Norrtand A Biogas B Jämförelse Rotmängd 4,0 4,2 3,7 3,5 4, ,4 4,4 Upptorkning 3,9 4,1 3,4 3,3 4,2 3,2 2,9 4,2 4,2 Organisk substans från skördade produkter Den organiska substans som produceras ovan jord kan lämnas kvar vid skörd eller bortföres. Den kan också bortföras för att senare helt elier delvis återföras. Vid beräkning av de mängder organisk substans som återföres till marken i olika växtföljder (tabell 6) har antagits att biogas utvinnes ur 70 % av den organiska substansen och att således 30 % finns kvar i rötresten samt att 1/3 av blastskörden från sockerbetor blir kvar på fältet och ej blir föremål för rötning. Dessa och andra förutsättningar för beräkning av värdena i tabell 6 redovisas i appendix Al. För jämförelseväxtföljden i Norrland har antagits att 30 % av den organiska substansen i vallskördarna återföres med stallgödsel.

18 Tabell 6. Återförsel till marken av producerad organisk substans. Medeltal ton per ha och år. Växtföljd Halm Rötrest eller stallgödsel Blast Summa Sydsverige A Biogas 1 B Biogas 2 C, Jämförelse Halm ej bortförd C 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd 2,60 2,19 3, ,85 1, 0,57 0,46 1,71 1, ,85 5,55 2,86 Mellansverige A Biogas B Jämförelse Halm ej bortförd B 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd 2,35 4,40 0,76 1,10 3,45 4,40 0,76 Norrland A Biogas B Jämförelse 0,38 0,72 1,21 1,01 * 1, * Stallgödsel Som följd av biogasutvinningen blir återförseln till marken av organiskt material lägre i biogasväxtföljderna än i de jämförelseväxtföljder där halm lämnas kvar. Skillnaden i detta avseende är störst för växtföljderna i Sydsverige. Bortförsel av stråsädeshalm har stor inverkan i jämförelseväxtföljderna för Syd och Mellansverige, speciellt i de senare som domineras av spannmål. De olika slagen av organiskt material (halm, rötrest, stallgödsel och blast) kan förutsättas bli omsatta med olika hastighet i marken. De bör vidare ha olika relativ inverkan över tiden på humushalt och på strukturbildning och strukturstabilitet. Andel bar markyta Skydd av markytan mot tillslamning, skorpbildning och erosion kan erhållas med växttäcke, marktäckning med organiskt material m.m. och snötäcke. Ett fruset ytlager ger också skydd.

19 21 Med ledning av bl.a. meteorologiska data har för respektive platser och växtföljder beräknats hur stor del av året som markytan är bar eller nästan helt bar och ofrusen. Resultaten av dessa beräkningar redovisas i tabell 7. Förutsättningarna finns i appendix A2. Uppgifterna i appendix om tjälperioders början, snöperioders slut, uppkomst av vårsäd och skörd av spannmål har hämtats från dataunderlag till Johansson (1974) och avser perioden Övriga tidpunkter i appendix har skattats. Tabell 7. Tidsandel bar, ofrusen markyta. Medeltal över år. Växtföljd 1/1 30/4 1/5 31/8 1/9 31/12 År Sydsverige A Biogas 1 B Biogas 2 C Jämförelse 0, , ,11 0,19 0,35 0,26 0,36 0,23 0,18 0,25 Mellansverige A Biogas B Jämförelse C.06 0,11 0,08 0,17 0,24 0,48 0,12 0,25 Norrland A Biogas B Jämförelse 0 0 0,10 0,10 0,17 0,17 0,09 0,09 Resultaten i tabell 7 visar att biogasväxtföljderna i Syd och Mellansverige har lägre andel bar mark än respektive jämförelseväxtföljder. I Mellansverige, med spannmålsdominerad jämförelseväxtföljd, är den absoluta skillnaden störst på hösten. Bearbetningsfrekvens I samråd med experter på jordbearbetning har förtecknats olika slag av bearbetningar och körningar i fält till enskilda grödor. Denna förteckning börjar i appendix A3. På basis av förteckningen har det genomsnittliga antalet jordbearbetningar per år (tabell 8) och den genomsnittliga markbelastningen i tonkm per år (tabell 9) kunnat bestämmas.

20 22 Tabell 8. Genomsnittligt antal jordbearbetningar per år. Växtföljd Sådd Vattning Harvning Stubbbearbetning och dylikt Röjning S:a Sydsverige A Biogas 1 B Biogas 2 C Jämförelse 2, , , , ,0 0,8 0,6 0,8 4,7 3,8 6,3 Mellansverige A Biogas B Jämförelse 1, ,5 1,0 0, ,5 1,3 0,5 0,7 3,3 6,7 Norrland A Biogas B Jämförelse ro ro 0,4 0, , ,4 0,4 2,4 2,4 För växtföljderna i Syd och Mellansverige är bearbetningsfrekvensen lägst i biogasväxtföljderna. Med ökad vallandel minskar frekvensen ifråga. Markbelastning Markbelastningen vid olika slag av jordbearbetni.ig och körningar har beräknats enligt Arvidsson & Håkansson (1991) med hjälp av uppgifterna i appendix om skörde och rötrestmängder och om antal bearbetningar och körningar. Normala vikter på traktorer, redskap och vagnar har förutsatts. Vid beräkningarna har hänsyn tagits till markens fuktighet så att en viss bearbetning eller körning ger större markbelastning på våren och sent på hösten än under övrig tid. Beräkningarna har genomförts av agronom Johan Arvidsson vid avdelningen för jordbearbetning, SLU.

21 23 Tabell 9. Markbelastning i antal tonkm per ha. Medeltal över år. Växtföljd Jordbearbetning inkl. sådd Sköra, spridning av gödsel m.m. Summa Sydsverige A Biogas 1 B Biogas 2 C, Jämförelse Halm ej bortförd C 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd Mellansverige A Biogas B, Jämförelse Halm ej bortförd B 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd Norrland A Biogas B Jämförelse Biogasväxtföljderna för Syd och Mellansverige ger mindre markbelastning vid jordbearbetning och sådd men betydligt större markbelastning vid skördearbeten och spridning av gödsel inklusive rötrester än respektive jämförelseväxtföljder. Den totala eller genomsnittliga markbelastningen blir därför störst i biogasväxtföljderna. Växtföljderna för Norrland ger i stort sett samma markbelastning. Det något högre värdet för skörd och spridning av gödsel m.m. i jämförelseväxtföljden beror på en urinspridning och en halmskörd mer än i biogasväxtföljden. Sammanvägd inverkan Det är önskvärt att få ett enda, integrerat mått på hur olika odlarberoende faktorer påverkar markens struktur och fysikaliska egenskaper. Ett sådant mått har tagits fram på följande sätt för respektive växtföljder. Först har beräknade värden för återförd organisk substans, andel bar mark, bearbetningsfrekvens och markbelastning korrigerats. Därefter har de korrigerade värdena för dessa fyra faktorer plus värdena för rotmängd och upptorkning summerats. Rotproduktion, upptorkning och återförsel av organisk substans är positivt för struktur och fysikaliska egenskaper. Barmark, bearbetning och markbelastning har räknats som negativt. Resultaten redovisas i tabell 10.

22 24 Mängden återförd organisk substans i ton/ha (tabell 6) har multiplicerats med 0,8. Denna koefficient är vald med tanke på att få ett faktorvärde på mellan 1 och 5. Med en skörd av kg torrsubstans/ha och återförsel av allt organiskt material blir värdet ca 5,5. Ju större andelen bar mark, bearbetningsfrekvensen och markbelastningen är desto större bör normalt strukturnedbrytningen vara. För dessa tre faktorer har valts koefficienter som i de flesta fall skall ge värden inom gränserna (4)0, ( 5)(l) respektive (10) (6). Med koefficienten 10 för andelen bar mark (tabell 7) kan värdet högst bli 7,5 i Sydsverige och högst 4,9 i Norrland. Markytan är då bar under hela växtperioden. Koefficienten 0,6 och intervallet (5)(l) för bearbetningsfrekvens svarar mot 8,3 1,6 antal jordbearbetningar. Koefficienten 0,04 och intervallet (10)(6) för markbelastning svarar mot tonkm. Valet av koefficienter kan självfallet diskuteras. Också avvägningen i storlek och betydelse mellan faktorerna kan diskuteras. Bl.a. torde effekterna på mark och gröda av olika faktorer variera med jordart och odlingssystem. Tabell 10. Bedömning av några faktorers inverkan på markstrukturen. Växtföljd Skala 15 Rotmängd Upptorkning 15 Återförsel org. substans D Andel bar mark 2) Bearbetningsfrekvens 3) Markbelast ning 4) Summerad överkan Sydsverige A Biogas 1 B Biogas 2 C, Jämförelse Halm ej bortförd C 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd 4,0 4,2 3,7 3,5 3,9 4,1 3,4 3,3 3,2 3,1 4,4 2, ,8 2,5 2,5 2,8 2,3 3,8 3,8 P,8 8,9 7,0 7,4 2, ,8 4,6 Mellansverige A Biogas B, Jämförelse Halm ej bortförd B 2 Jämförelse Stråsädeshalm bortförd 4,4 3,7 3,4 4,2 3,2 2,9 2,8 3,5 0, ,5 2,5 2,0 4,0 4,0 6,5 4,5 4,7 1,7 0,6 4,3 Norrland A Biogas B Jämförelse 4,4 4,4 4,2 4, ,4 0,9 0,9 1,4 1,4 5,8 6,4 1,8 1,3 1) 0,8 x ton/ha 2) 10 x andel bar mark 3) C,6 x antal jordbearbetningar 4) 0,04 x antal tonkm

23 25 Värdena i tabell 10 för den sammanvägda eller summerade inverkan av odlarberoende faktorer på markstrukturen är högst där fleråriga vallar ingår i växtföljden. Det gäller B för Sydsverige, A för Mellansverige samt A och B för Norrland. Ett annat resultat är att bortförsel av halm har en starkt negativ inverkan. Detta bör noteras vid överväganden om halmuttag för eldning. Växtföljderna för Sydsverige har, med antagen odlingsteknik (s. A 3), alla gett värden som visar på att markstrukturen försämras. Det gäller även biogasväxtföljderna i vilka ett respektive tvåårig vall ingår. Slutsatsen blir att med antagen odlingsteknik har biogasväxtföljderna för Sydsverige inga fördelar från struktursynpunkt framför jämförelseväxtföljden med all halm kvar på fälten. Resultaten för de mellansvenska växtföljderna visar på en positiv strukturpåverkan i biogasväxtföljden med tre år vall (50 %). Jämförelseväxtföljden med all halm kvar på fälten ger en liten försämring och jämförelseväxtföljden med bortförsel av stråsädeshalm en relativt stor försämring av markstrukturen. Som sammanfattning kan sägas att här ges klart belägg för att växtföljder med vall skulle ge bättre markstruktur och fysikaliska egenskaper hos jordar (främst lerjordar) inom spannmålsdominerade och husdjursextensiva områden. Om markbelastningen vid vallodling kunde reduceras skulle biogasväxtföljderna vara relativt ännu gynnsammare. De norrländska växtföljderna, som domineras av vall, har båda en positiv inverkan på strukturen men skiljer sig i det avseendet inte mycket från varandra. En biogasväxtföljd med flerårig vall ger således inga eller inga nämnvärda fördelar från struktursynpunkt jämfört med en liknande växtföljd inriktad på foderproduktion och användning av stallgödseln. 2.4 Värdering av markfysikaliskt relaterade förändringar Resultaten i tabell 10 visar på att det är inom spannmålsdominerande områden (Mellansverige), som man med biogasväxtföljder, innehållande fleråriga vallar, kan förbättra markens struktur och fysikaliska egenskaper. I detta avsnitt begränsas därför diskussionen till växtföljderna och resultaten för Mellansverige. Summavärdet i tabell 10 är 0,9 för biogasväxtföljden A samt 1,5 för den från struktursynpunkt bästa jämförelseväxtföljden B,. Differensen mellan A och B, är således 2,4 enheter. I biogas växtföljden (A) ingår, förutom tre år vall, korn med insådd, höstvete och havre. Kärnskörden för dessa tre grödor bör enligt tidigare redovisade resultat och bedömningar ligga i genomsnitt 10 % högre än kornskördarna för havre, höstvete respektive havre i växtföljd B,. (Under förutsättning att man normalt låter stråsädeshalmen vara kvar på fälten i växtföljder utan vallar). Utgående från dagens normskördar inom spannmålsdominerande områden kan man således beräkna och värdera den markfysikaliskt betingade effekt som flerårig vall skulle kunna ge. En höjning av kärnskörden med 15 % vid en normskörd av kg per ha innebär 750 kg kärna per ha och år.

24 26 Värdena i tabell 10 gäller för hela växtföljder och kan således ses som genomsnittsvärden för enskilda år. I genomsnitt kan därför markstrukturen och de fysikaliska betingelserna i Mellansverige i biogasväxtföljden (A) sägas vara 2,3 enheter bättre än i jämförelseväxtföljden där halmen inte bortförs (B,). Antas denna differens svara mot och helt förklara en skillnad på 10 % i spannmålsskörd, så motsvarar varje enhet 49 % i kärnskörd. Referensnivå är då skörden i jämförelseväxtföljden (B[). Antalet bearbetningar inklusive sådd och antalet körningar av annat slag är praktiskt lika för de tre stråsädesgrödorna i biogasväxtföljden (A) och motsvarande grödor i jämförelseväxtföljden (B,) (havre, höstvete och havre), se Appendix A4. Jämförelseväxtföljden (B,) har en stubbearbetning, två handelsgödselspridningar och en bekämpningsåtgärd mer än biogasväxtföljden (A). I biogasväxtföljden (A) ingår däremot två rötrestspridningar i spannmål. Markbelastningen vid jordbearbetning, skörd, spridning av gödsel m.m. blir därför i stort sett lika för spannmålsgrödorna i biogasväxtföljd (A) och motsvarande tre grödor i jämförelseväxtföljd (B,). Dragkrafts och energibehovet per år för jordbearbetning och sådd av stråsädesgrödor bör, med hänvisning till vad som tidigare anförts, i genomsnitt vara minst 15 % lägre i biogasväxtföljden (A) än i jämförelseväxtföljden (B,). Värdet härav kan beräknas med hjälp av aktuella områdeskalkyler för jordbruk. 3 Växtnäringscirkulation vid biogasframställning 3.1 Skattning av skördarnas storlek Skördarnas storlek har skattats på basis av normskördar enligt SCB, erhållna fältförsöksskördar, samt odlingsteknik, utvintring, etc. Minst två och ofta tre vallskördar har antagits. Vid ettårig vall, respektive vid det sista vallåret antas en skörd. Insåningsgrödan i norra Sverige skördas som grönfoder. Blastskördens storlek baseras på skördesiffror redovisade av Jansson (1975). Torrsubstanshalten i blasten har antagits vara 17 %. 3.2 Vallarnas botaniska sammansättning Som vallbaljväxt i vallfröblandningen utnyttjas lusern och rödklöver i Mellansverige, samt lusem i den sydsvenska tvååriga vallen. På grund av rådande svårigheter att etablera lusernvallar under mellansvenska förhållanden baseras beräkningarna för detta område på att hälften av luserninsådden misslyckas och att rödklöver då kommer att vara den dominerande baljväxtgrödan. Den botaniska sammansättningen i södra Sverige har antagits vara % gräs och 80 % baljväxter i vall I och 25 respektive 75 % i vall II. I Mellansverige

25 27 har 25 % gräs och 75 % baljväxter antagits i vall I, 30/70 i vall II och 40/60 i vall III. I norra Sverige, slutligen, har klöverhalten i vall I och vall II antagits vara 40 % för att sjunka till % i vall ni. 33 Växtnäringshalter Uppgifter om växtnäringhalter i de olika skördeprodukterna (tabell 1113) har hämtats från Haak (1987) och Svanberg (1971). I vallarna har haltema vägts med hänsyn till den botaniska sammansättningen. Grönfodrets halter har vägts med antagandet att kärna/halmförhållandet är 2:1. Antagna skördar och växtnäringshalter är sammanställda i tabellerna Tabell 11. Skörd och växtnäringsinnehåll i sydsvenska växtföljder anpassade för biogasproduktion. Baljvåxtema utgörs av rödklöver i A och lucem i Bvåxtföljden. Gröda Skörd kg/ha N Halt, % av ts P K A Kom med insådd, 15 % H 2 O Vall I, 2 skördar *, ts, 15 % H 2 O Sockerbetor, 25 % ts Betblast, 17%ts ,00 3,10 2,23 0,83 2,25 0,41 0,35 0,43 0,15 0,25 0,59 2,85 0,59 0, B Korn m. insådd, 15 % H 2 O Vall I, 3 skördar *, ts Vall II, 2 skördar", ts, 15 % H 2 O Sockerbetor, 25 % ts Betblast, 17%ts ,00 3,18 3,15 2,23 0,83 2,25 0,41 0,35 0,35 0,43 0,15 0, ,93 2,91 0,59 0,83 3,00 Baljv/gräs 80/ Baljv/gräs 75/25 Tabell 12. Skörd och växtnäringsinnehåll i en mellansvensk växtföljd anpassad för biogasproduktion. Baljväxtema utgörs av 50 % lucem och 50 % rödklöver. Gröda Skörd kg/ha N Halt, % av ts P K Kom med insådd, 15 % H 2 O Vall I, 3 skördar', ts Vall II, 3 skördar", ts Vall III, 2 skördar "*, ts, 15%H 2 O Havre, 15%H 2 O ,00 3,11 3,09 3,03 2,23 2,12 0,41 0,35 0,35 0,35 0,43 0,40 0,59 2,88 2,86 2,83 0,59 0,59 Baljv/gräs 75/25 Baljv/gräs 70/30 Baljv/gräs 60/40

26 28 Tabell 13. Skörd och växtnäringsinnehåll i en norrländsk växtföljd ar produktion. Baljväxtema utgörs av rödklöver. sad för biogas Gröda Skörd kg/ha N Halt. % av ts P K Korn med insådd t. grönf., ts Vall 1, 2 skördar *. ts Vall II. 2 skördar *, ts Vall III. 2 skördar *\ ts Korn, 15%H 2 O ,73 2, ,59 Baljv/grås 40/60 Baljv/gräs / Allmänna kommentarer Kväve Av skördeprodukiema används grönmassan från vall samt betblasten för biogasproduktion och för norrlandsväxtföljden även grönfodiet från insåningsgrödan. De produkter som skall användas för biogasproduktion konserveras genom ensilering, varvid 10 % av kväveinnehållet antas gå förlorat på grund av omsättningsförluster. Mängderna av övriga växtnäringsämnen beräknas inte förändras i biogasprocessen. Beroende på typ av växtföljd erhålles 380 till drygt 700 kg per växtföljd och hektar kväve i rötresten (tabell 14). 40 % av detta kväve antas föreligga som NH 4 N och av detta förloras % som ammoniak i samband med hantering och spridning. Genom att undvika onödig luftning av rötresterna och genom omsorgsfull myllning vid utspridningen kan denna ammoniakförlust begränsas.

27 29 Tabell 14. Cirkulation av kväve, kg per växtföljd. Södra. Sverige A B Mellansverige Norra Sverige Växtföljdens längd, år a) Skördad mängd b) Ensileringsföriuster, 10 % c) Tillgängligt efter jäsning d) Därav NH 4 N 40 % av tillgängl. e) Organiska N f) NH 3 förlust % av NH 4 N g) Den organiska Npoolens ökning efter 10 år (se texten) h) Mineralisering efter 10 år 3 % av org. N i) Mineraliseringstillskott 55 % av nytt org. N j) Utlakningsförluster 10 % av h+i Summa växttillgängligt N (d f + h + i j) Av den organiska delen av kvävet antas 55 % mineraliseras och bli växttillgängligt det första året. Antagandet baseras på en kol/ kvävekvot pä 15 i rotresten och att ungefär 80 % av kolet mineraliseras under det första året samt att det som därefter återstår kan jämföras med tämligen stabil organisk substans med en kol/kvävekvot på ungefär 7. Om kol/kvävekvoten i rötresten är större, dvs. kvävefattigare material, blir mineraliseringstillskottet mindre än antagna 55 % och omvänt. Ex. Den organiska kvävemängden i rötresten för växtföljd A i södra Sverige var 4 kg motsvarande ett kolinnehåll på 4x15=3 060 kg. Efter ett år finns % kol kvar dvs. 612 kg. Kvävemängden är 7 gånger mindre dvs. 87 kg. Av tillförda 4 kg har alltså 117 kg mineraliserats vilket är lika med ca 55 %. Kvävet som inte mineraliseras går in i den organiska Npoolen i marken, som därmed byggs upp. En kontinuerlig användning av rötrester medför därför att bakgrundmineraliseringen räknat i kg N per ha ökar.

28 För att belysa detta har Npoolens ökning efter 10 år beräknats enligt 30 y = a 0,45 [(l0,01r)m] (O.Olr) 1 (l0,01r) där y = kvarvarande mängd organiskt kväve år n, kg/ha a = årlig kvävetillsats av org N, kg/ha n = antal år r = årlig mineralisering, % I beräkningarna har en årlig bakgrundsmineralisering på 3 % antagits. Den kväveverkan som kan påräknas av rötresten kommer sålunda dels från ammoniumkväveinnehållet, dels från den långsamma mineraliseringen av det organiskt bundna kvävet. Fosfor och kalium Räknat per växtföljd och hektar finns 40 till 80 kg fosfor och mellan 400 och 700 kg kalium i rötresten (tabell 1516). Fosforn, som i första hand är knuten till rötrestens fasta fas, anses helt växttillgänglig. I realiteten sker alltid en viss fastläggning av fosfor i marken i svårlösliga föreningar. Normalt rekommendeiade givor bygger på att 30 % av tillförd fosfor undandras växterna på detta sätt. Samma antagande har använts här. Utlakning av fosfor betraktas som försumbar. Även för kalium måste en viss fastläggning i svårlösligare Kföreningar i marken antas. Denna andel har satts till 10 %. För kaliums del är utlakningen inte försumbar utan har uppskattats till 5 % av mängden i rötresten. Tabell 15. Cirkulation av fosfor, kg per växtföljd. Södra Sverige A B Mellansverige Norra Sverige Växtföljdens längd, år Tillgängligt efter jäsning Fastläggning, 30 % Växttillgängligt P