Om kväve i mark och gröda förekomst, omsättning och förlustvägar till luft och vatten. speciellt om fånggrödor och jordbearbetning

Transkript

1 Om kväve i mark och gröda förekomst, omsättning och förlustvägar till luft och vatten speciellt om fånggrödor och jordbearbetning Greppa näringen kvävestrategi Uppsala 21 nov 2012 Helena Aronsson Åsa Myrbeck

2 Disposition Kväve i mark och gröda Humus markens stora kväveförråd Växtmaterialets omsättning Processerna och förlusterna till luft och vatten Jordbearbetningens och fånggrödornas inverkan på kväveflödena

3 Kvävets kretslopp

4 Markens organiska material (4% mull) 6000 kg N/ha (90% som humus) C/N=10 N-halt= 5-6% 1-2% mineraliseras varje år (60-100kg) Vid nedbrytning av humus frigörs alltid kväve

5 Grödan kg N/ha C/N= N-halt= 0.5-5% Markens organiska material (4% mull) 6000 kg N/ha (90% som humus) C/N=10 N-halt= 5-6% 1-2% mineraliseras varje år (60-100kg) Vid nedbrytning av humus frigörs alltid kväve

6 20% av kolet i nedbrukat växtmaterial bidrar till humusbildning. Resten går in i mer lättomsättbar pol av organiskt material Växtmaterial med låg kvävehalt ger viss långsiktig fastläggning av kväve i humus och temporär bindning i mikroorganismer

7 Humushalten är ofta på väg mot ett jämviktsläge Viktiga faktorer: Mängd växtmaterial Jordbearbetning Jordart Klimat

8 Vad händer med mullhalten i Sveriges åkerjordar Andrén, O., Kätterer, T. & Karlsson, T ICBM regional model estimations of dynamics of agricultural soil carbon pools. Nutrient Cycling in Agroecosystems 70,

9 Net N mineralization kg/ha year Long term effect on N mineralization 160 Långsiktiga effekter på kvävemineralisering vid fånggrödeodling Contribution of "stable" organic matter to N mineralization First year contribution of incorporated material to N mineralization 40 0 Year 0 Year 1 Year 10

10 Kvävetillgång efter nedbrukning av växtmaterial C/N>20-25: Period med nettoimmobilisering av kväve i mikroorganismer samt långsiktig fastläggning i humus. C/N<20-25: En direkt nettomineralisering av kväve från växtmaterialet Halm: 90 Klövervall: Betblast: Gräsfånggröda: 20 Ogräs: 15

11 Kvävefastläggning efter nedbrukning av halm (C/N=90) som metod mot kväveutlakning. Varför fungerar det inte?

12 Kvävefastläggning efter nedbrukning av halm (C/N=90) som metod mot kväveutlakning. Varför fungerar det inte? Det sker samtidigt mineralisering efter nedbrukning av annat grönt material Fastläggningen är delvis tillfällig Nedbrukningen är inte fullständig

13 Halmnedbrukningens betydelse för innehållet av mineralkväve i marken % R2-8405, Sandig Mo, Halland cm djup sent på hösten (november). Mängden mineralkväve där halmen brukats ner i % av mängden mineralkväve där halmen förts bort Åsa Myrbeck, Inst. för Mark och Miljö, Sveriges lantbruksuniversitet

14 Varför kan ibland kvävetillgången försämras efter nedbrukning av fånggröda på våren trots C/N= 20?

15 Varför kan ibland kvävetillgången försämras efter nedbrukning av fånggröda på våren trots C/N= 20? Om utlakningen inte varit så intensiv kan fånggrödans kväveupptag varit onödigt stort och mermineraliseringen kan inte kompensera för det

16 Tidsstyrning av kvävemineraliseringen för balans mellan läckage och förfruktseffekt Tänkbara redskap: Tidpunkt för jordbearbetning Sammansättning av grödan Skördefrekvens/avslagning Stora mängder av kväverika material innebär nästan alltid att kväveöverskott och ökad risk för utlakning, antingen direkt eller senare.

17 (kg N/ha) Kväveutlakning efter vallbrott vid olika tidpunkter på mojord i Halland Fodervall Gröngödsel Fodervall Gröngödsel Fodervall Gröngödsel Tidig höst (+ höstgröda) Sen höst (Vår) Gunnar Torstensson, SLU

18 Processerna Mineralisering och nitrifikation hänger nära samman Org N NH 3 NH + 4 Mineralisering (bakterier och svampar, heterotrofer) NH + 4 NO - 2 NO - 3 Nitrifkation NO N 2 O (två bakteriesläkten, autotrofer) Ammonium + nitrat = mineralkväve, växttillgängligt kväve Nitrifikationen pågår ned till temperaturer nära noll grader Utlakning från åkermark sker till 80-90% i form av nitratkväve (Fixering av ammonium till lermineral mindre betydelsefull)

19 Processerna Ammoniakavdunstning NH 3 (g) + H + NH 4 + pka= 9.3 (kemisk jämviktsprocess) Stallgödsel Växtrester på ytan

20 Nitrat är huvudkällan till markens förluster av kväve till luft och till vatten. Vilken väg förlusten tar beror till stor del på jordart och syretillgången i marken.?

21 Konceptuell modell över nitratkvävets förlustvägar Utlakning Denitrifikation Ökande lerhalt

22 Varför är kväveläckaget mindre intensivt från en lerjord jämfört med en sandjord? Organiskt material mer skyddat. Binder till och innesluts i aggregat. Större makroporflöde. Vattnet rör sig genom spricksystem, genomtvättningen av profilen blir mindre och mindre kväve följer med vattnet neråt. Större vattenhållande förmåga. Stora delar av det kväverika markvattnet finns kvar i profilen på våren. Rotupptag från djupare skikt. Djupare rötter i lerjorden gör att växterna kan fånga upp mineralkväve som transporterats till djupare skikt. Denitrifikation. Mer kväve försvinner uppåt på lerjorden. Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

23 Kvävebalans för höstveteväxtföljd på styv lera i Västergötland Tillfört med gödsel och deposition 165 Bortfört med skörd 110 Utlakat 8 (7% av tillförseln) Balans +47

24 Kvävebalans för höstveteväxtföljd på styv lera i Västergötland indikerar betydande denitrifikation Tillfört med gödsel och deposition 165 Bortfört med skörd 110 Utlakat Balans (7% av tillförseln) På Lanna finns ingen uppmätt ökning av mullhalt Trots liten utlakning över vintern är ofta inte kvävetillgången för efterföljande gröda så stor, även efter kväverika förfrukter Mojord i läckageintensiva Halland: 20-60% av tillfört N utlakades i motsvarande odlingssystem

25 Processerna Denitrifikation Vanliga heterotrofa mikroorganismer som vid syrebrist reducerar kväve istället för syre NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 Syrebrist (blöta förhållanden) och tillgång till en bra kolkälla är viktiga drivande faktorer) Denitrifikationen visar stor variation i tid och rum

26 När stannar processen vid lustgas? Fördelning mellan bildning av lustgas (N 2 O) och kvävgas (N 2 ) styrs bland annat av Temperatur ph Grad av syrefria förhållanden Vid mätning av lustgasflöden från mark ser man ofta emissionstoppar vid snösmältning, kraftiga regn och gödsling.

27 Emissions of N 2 O Winter Summer N 2 O-flux Feb 05 Feb 06 Feb 06 Jun 07 Jun 08 Jun Klemedtsson et al, Gothenburg University

28 Nitrous oxide emissions from European agriculture; an analysis of variability and drivers of emissions from field Experiments (Rees m fl, 2012) Åkermark i Europa: 1-13 kg N 2 0-N /ha och år

29 Lustgasutsläpp från jordbruksmarken Direkt utsläpp Indirekt utsläpp

30 Greppa näringen

31 Åtgärder för minskade förluster av kväve till luft och vatten Så lite nitratkväve i marken som möjligt inför blöta perioder: Balanserad gödsling Hålla marken bevuxen Minskad jordbearbetning (men inte kompaktare mark) Inte stallgödsel under blöta förhållanden

32 Kväveutlakningens ingredienser Kväveutlakningens ingredienser Naturgivna förutsättningar Jordbearbetning Gödslingsintensitet Gödsling på hösten Höstväxande gröda Efterverkan av grödor och organiska gödselmedel

33 Vilken jordbearbetning? Plöjning, 20 cm djup Stubbearbetning följt av plöjning Bara en ytlig stubbearbetning, 5 cm Upprepad kraftig stubbearbetning, 12 cm Direktsådd

34 Jordbearbetningens påverkan på kväveansamlingen i marken Stimulerar kvävemineraliseringen: 1. Ökad tillgång på substrat för mikroorganismerna - Nerbrukning av ovanjordiska skörderester - Sönderdelning och inblandning av rötter - Sönderdelning av jordklumpar och aggregat 2. Ökad syretillgång för mikroorganismerna (ammonifierare och nitrifierare) 3. Ökad marktemperatur genom luckring (på våren) Avbryter växtupptaget Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

35 Tidpunkten för bearbetning Utlakning Mojord i Halland N (kg ha -1 ) Vinter Växtsäsong Höst 0 Tidig höstplöjning Sen höstplöjning Vårplöjning Kväveutlakning efter tre olika plöjningstidpunkter (5 års mätningar). Sen bearbetning I november. Sen plöjning fungerar för lerhalter upp till 20-25% ler. Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

36 Vad händer med mineralkvävemängden i marken efter en bearbetning? Resultat från 10 års mätningar i försök R på sandig mo på Mellby, Halland. Mineral-N (kg/ha) Gulmognad Skörd Nov Dec Vår Tidig plöjning Tidig stubbearbetning, sen plöjning Vårplöjning Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

37 Tidpunkt och metod för bearbetning Utlakning Styv lera i Västergötland 5 års resultat

38 Några slutsatser från utlaknings- och jordbearbetningsförsök Senarelagd bearbetning på hösten eller vårbearbetning minskar kväveutlakningen jämfört med tidig höstplöjning på jordar där utlakningen är en viktig förlustväg. Betydelsen av bearbetning för N-utlakningens storlek är större på lätta jordar än på lerjordar. På lättleror kan dock N-förlusterna bli betydande efter tidig bearbetning Reducerad bearbetning kan till viss del minska kväveutlakningen, men bearbetningstidpunkten är viktigare än bearbetningsmetoden. Vid höstsådd är en tidigt och bra etablerad gröda viktigare än vilken bearbetningsmetod som väljs. Grödans upptag är viktigt för att minska utlakningen. Effekten av senarelagd eller utebliven höstbearbetning (t ex direktsådd) går till stor del förlorad om en tidig glyfosatbekämpning utförs. Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

39 Lönnstorp 2007/2008 Roundup i augusti i sen d.s Sen plöjn, sen sådd Sen stubb, sen sådd Sen d.s. Påverkan av en Roundupbekämpning på mineralkvävet i marken (kg/ha) Lönnstorp 2008/2009 Roundup i augusti i samtliga led Sen plöjn, sen sådd Sen stubb, sen sådd Sen d.s. Åsa Myrbeck, Inst. f. Mark och miljö

40 Kväveutlakning kg/ha och år Gräsfånggrödan när den är som bäst Nedbrukning av levande fånggröda sent på hösten eller riktigt tidigt på våren Mellby, mojord i Halland, Stubbearbetning i sep Plöjning i novdec Fånggröda plöjning i dec Fånggröda vårplöjd

41 Hur stor inverkan har tidpunkten för nedbrukning av fånggröda på kväveläckaget? Stor Lätt jord- lättlera Nederbördsrikt Låg C/N-kvot <20 Tidig vår rekommenderas Mindre betydelse Mellanlera-styv lera Mindre nederbörd C/N-kvot 20 eller högre Sen höst rekommenderas

42 Jordtyp Fånggröda Tidpunkt för nedbrukning Kemisk brytning Lerhalt Insådda fånggrödor av t ex Stor nederbörd: under 25% vallgräs med hög C:N Mycket sen höst (nov-dec) Kemisk brytning före nedbrukning försämrar fånggrödeffekten, men ger ingen direkt risk för läckage av glyfosat Liten nederbörd: Sen höst (okt-nov) Insådda fånggrödor med lägre C:N än vallgräs, tex klöver/gräs Eftersådda fånggrödor som är vinterhärdiga, te x höstråg (låg C:N) Fånggrödor som ej är vinterhärdiga Stor nederbörd: Mycket sen höst eller tidigt på våren (nov-mars) Liten nederbörd: Sen eller mycket sen höst (okt-dec) Så tidigt som möjligt på våren (jan-mars). Efter det att fånggrödan dött, eller på våren Se ovan Bör ej användas för att utnyttja fånggrödans korta tillväxtperiod på bästa sätt Bör ej användas eftersom fånggrödan dör naturligt

43 Jordtyp Fånggröda Tidpunkt för nedbrukning Kemisk brytning Lerhalt Insådda fånggrödor över 25% generellt Höst (oktober) Viktigt att anpassa tidpunkten för att ej riskera försämrad markstruktur. Kemisk behandling ger inte så stor störning av fånggrödans effekt eftersom tidpunkten för brytning är ej är så utslagsgivande som på lätta jordar. Däremot finns viss (liten) risk för läckage av glyfosat på strukturerade jordar Eftersådda fånggrödor som är vinterhärdiga, te x höstråg Fånggrödor som ej är vinterhärdiga Höst, så sent som möjligt. Viktigt att anpassa tidpunkten för att ej riskera försämrad markstruktur. När fånggrödan dött, på hösten eller på våren För att utnyttja fånggrödans tillväxtperiod på bästa sätt bör det undvikas Bör ej användas eftersom fånggrödan dör naturligt. Direktsådd på våren

44 Ev Lönnstorp Kan vi avdöda fånggröda och ogräs med glyfosat på hösten och samtidigt: -Behålla den goda effekten av fånggrödan på näringsförluster genom att ändå plöja sent? -Få en bra bekämpningseffekt av glyfosatet? -Inte riskera glyfosatläckage? SLF-finansierat projekt i utlakningsförsök på styv lera och mojord

45 Slutsatser Ev Lönnstorp Kemisk brytning ger liknande effekt på mineralisering och kväveläckage som mekanisk Odling av fånggröda och tidpunkt för brytning behöver anpassas efter förhållandena Aronsson, H., Stenberg, M. & Ulén, B Leaching of N, P and glyphosate from two soils after herbicide treatment and incorporation of a ryegrass catch crop. Soil Use and management 27,

46 Odlingssystem med mindre jordbearbetning på hösten ökar behovet av kemisk ogräskontroll. Behandling med glyfosat i fånggrödan är en vanlig åtgärd. Slutsats mojord: Svårt att kompromissa om kväveläckaget. Fånggrödan ska växa så länge som möjligt. Liten risk för fosforläckage. Ingen observation av glyfosatläckage, inte ens efter behandling på senhösten. Rekommendation: Prioritera en bra fånggröda och behandla med glyfosat vid enstaka tillfällen i växtföljden. Foto: Gunnar Torstensson

47 Slutsats styv lera: Kväveläckaget inget stort problem Svårt att kompromissa om glyfosatläckaget (glyfosat fanns i låga koncentrationer i dräneringsvattnet). Fosforläckaget påverkas bara lite. Rekommendation: Prioritera en effektiv jordbearbetning snarare än odling av fånggröda för att inte behöva använda glyfosat.

48

49 mycket god funktion/ mycket liten risk/tydligt positiv växtföljdseffekt god funktion/ liten risk/ viss positiv växtföljdseffekt viss funktion/viss risk/ingen växtföljdseffekt Dålig funktion/stor risk/negativ växtföljdseffekt Art Insådda Engelskt rajgräs Italienskt rajgräs Rajsvingel Ängssvingel Rörsvingel Rödsvingel okänd/svårbedömd inverkan latinskt namn Lolium perenne Lolium multiflorum Festulolium braunii Festuca pratensis Festuca arundinacea Festuca rubra Funktionen (grön= mycket god funktion) Risker (grön = mycket liten risk) Positiv växtföljdseffekt (grön=tydligt postiv) Etablering Liten konkurrens med huvudgrödan Tillväxt på hösten Rotutveckling Frosttålighet Frösättning/ fröbank Överlevande plantor blir ogräs Uppförökning av patogener och skadegörare Markstruktur Förfruktseffekt Ogräskonkurrens Sjukdomssanering Hundäxing Timotej Rödklöver Vitklöver Cikoria Fältkrassing Dactylis glomerata Phleum pratense Trifolium pratense Trifolium repens Cichorium intybus Lepidium campestre Eftersådda Westerw. rajgräs Lolium mf var. westerwoldicum Oljerättika Rättika Vitsenap Höstraps Höstråg Rågvete Höstvete Höstkorn Honungsört Luddvicker Raphanus sativus var. oleiformis longipinnatus Sinapis alba Brassica napus Secale cereale Triticale Triticum aestivum Hordeum vulgare Phacelia tanacetifolia Vicia villosa??