Stiftelsen Biodynamiska forskningsinstitutet 2000-03-30, uppdaterad 2016-03-18 Skilleby gård 153 91 Järna Tel 08-55157702, Fax 08-55157789 E-mail: artur.granstedt@jdb.se Vallens förfruktsvärde i ekologisk odling - vallen både nödvändig resurs och riskfaktor Artur Granstedt Förord Målsättningen för Biodynamisk och Ekologisk odling är att få fram goda skördar av näringsriktiga livsmedel och samtidigt odla på ett sätt som är långsiktigt ekologiskt hållbart. Om det i odlingen uppstår brist på något ämne finns ingen enkel lösning att tillgå, som att sätta till lättlöslig växtnäring. Får vi ett skadeangrepp kan vi inte använda kemiska bekämpningsmedel. I stället är det genom insikter om de olika processerna i mark och grödor som vi skapar de betingelser som gör att våra grödor utvecklas väl, ger tillräckliga skördar och inte försvagas genom skadeangrepp. Det är vallen med baljväxter som svarar för den huvudsakliga kväveförsörjningen i ekologisk odling och samtidigt vidmakthåller den bördighet i marken som är en grundförutsättning. Men vi behöver kunskaper om hur vi använder denna resurs så effektivt som möjligt och undviker förluster av framför allt kväve. Nya och fler försök behövs, bland annat vad gäller organiska substansers omsättning i marken. Vi behöver också fortsätta studera hur drivkrafterna inom ekologisk odling - vallodling och gödsling - på bästa sätt skall användas inom odlingssystemet. 1. Inledning Vall med baljväxter utgör själva grunden för ekologisk odling. Det är baljväxterna som genom symbios med kvävefixerande organismer svarar för kväveförsörjningen, och det är vallen som upprätthåller humushalten i marken och därmed förbundna biologiska, kemiska och fysikaliska bördighetsegenskaper. Odling av spannmålsgrödor och rotfrukter tär långsiktigt på markens humusförråd, medan vallgrödorna bygger upp markens humusförråd. Även på gårdar utan djur är vallen nödvändig, den ovanjordiska biomassan brukas där ned direkt, som gröngödsling. Kvävefixeringens storlek i vallgröda är beroende av baljväxtandelen och baljväxternas utveckling. Det är principiellt möjligt att, med kännedom om vallskördenivån och baljväxtandelen, bedöma kvävefixeringens storlek. Det genom baljväxterna fixerade kvävet och övriga organiskt bundna växtnäringsämnen kan komma övriga grödor till godo direkt via nedbrukade vallskörderester och rötter, eller indirekt via djurhållningen och stallgödsel. Vid vallodlingen bortförs den ovanjordiska biomassan. Rötter och skörderester som ackumuleras i och på marken utgör grunden för vallens bidrag till humusuppbyggnad och kväveleverans till efterföljande grödor. Nedbrukning av klöverrika vallar kan också medföra förluster av kväveföreningar, genom urlakning. Detta kan inträffa om inte allt det mineraliska kväve som frigörs i marken hinner utnyttjas av efterföljande grödor.
Figur 1. Genomsnittlig tillförsel av kväve genom kvävefixering och bortförsel med skörd samt återförsel med stallgödsel i en sexårig växtföljd (kg N/ha och år) enligt gjorda mätningar på en ekologisk gård i Mellansverige. Vallgrödorna är närande tack vare den biologiska kvävefixeringen som här sker av baljväxterna, medan stråsädesgrödorna är tärande. (Källa: Granstedt, 1990). 2. Vallen som kvävekälla 2:1 Kvävebalans På en gård som inte köper in gödsel är det kvävefixeringen via baljväxterna som svarar för kväveförsörjning. För att undvika utarmning av det organiskt bundna kväveförrådet måste tillförseln av kväve genom kvävefixering vara minst lika stor som bortförseln med avsaluprodukter och kväveförlusterna från djur, stallgödsel och mark. Skördenivåerna är i ekologisk odling högre i en växtföljd med en hög genomsnittlig kvävefixering än i en växtföljd med en låg biologisk kvävefixering. I Figur 2 beskrivs kvävebalansen på två biodynamiska gårdar i Järna - Skilleby och Nibble. På gården Skilleby var den genomsnittliga beräknade tillförseln av kväve genom kvävefixering 61 kg per ha och år och bortförseln av kväve med skörden 74 kg per ha och år. På Nibble var tillförseln genom kvävefixering ca 50 procent högre och kväveskörden motsvarande högre. A
B Fig. 2. Genomsnittlig tillförsel och bortförsel av kväve på samtliga skiften (kg N/ha och år) i en sjuårig växtföljd med 2-3 årig vall på gården Skilleby 1981-1987 (A) och Nibble 1985-1987 (B) i Järna (Källa: Granstedt, 1990) Balanserna visar att en del av det kväve som bortförs med skörden återförs med stallgödsel och urin på djurgårdar. Större tillförsel än bortförsel innebär att kväveförrådet i marken ökar. Ett ökat förråd av organiskt bundet kväve innebär högre humushalt och därmed förbundna bördighetsegenskaper. Långliggande försök med jämförelser mellan konventionell och biodynamisk / ekologisk odling visar att såväl mullhalt som andra bördighetsegenskaper blir högre som följd av vallodling med baljväxter och organisk gödsling. 2:2 Biologisk kvävefixering Kvävefixeringen är i allmänhet högst första året i blandvallar med klöver och gräs. I blandvallar med vitklöver kan baljväxtandelen vara hög även det andra och tredje året och följaktligen kan kvävefixeringen vara hög även under dessa år. Detsamma gäller om lusern ingår i vallen. Baljväxternas betydelse för kvävefixeringen och vallskörden framgår av Bild 1. Genom att ta bort alla klöverplantor på en begränsad yta kan man beräkna kvävefixeringens storlek. Skillnaden i kväveskörd på en yta med baljväxter och en yta utan baljväxter visar hur mycket kväve som via baljväxterna assimilerats ur luften. I försök där denna metod används beaktas även kväveinnehållet i rötter och mineralkväve i marken. Gräset på den kvävefria ytan får sitt kväve från mineraliseringen av organiskt kväve i humusen. I storleksordningen en procent av humusen bryts ned varje år på denna jord, och det organiskt bundna kvävet frigörs som för växterna tillgängligt mineraliskt kväve. Mullhalten i denna måttligt mullhaltiga lerjord uppgår till ca 2,5 %, vilket innebär ett organiskt kväveförråd på ca 5000 kg per ha och en årlig kvävefrigörelse på 50 kg. Det räcker till en grässkörd på ca 2000 kg / ha.
Bild 1. Gräsyta utan klöverplantor och utan kvävefixering, omgiven av klöver / gräsvall. (Foto: Granstedt, 1990)
Bild 2. Markprofil i en klövergräsvall. Observera spricksystemet och förekomst av baljväxtknölar djupt ned i marken. (Foto, Granstedt, 1990)
A Vall I B Vall II C Vall III Figur 3. Tillförsel av kväve till vall fördelat på vad som tillförs ur luften genom biologisk N- fixering och från marken genom N-mineralisering av organiskt bundet kväve i humus. Upptagning av kväve i grödan fördelat på dels vad som bortförs med skörden och dels vad som blir kvar i marken i vall I med två skördar (A), vall II med två skördar (B) ochvall III med en skörd före nedbrukning (C) (Källa: Granstedt, 1990).
I klövervallen på bilden uppgick vallskörden till 7000 kg TS / ha. Denna högre skörd är möjlig tack vare att 200 kg kväve / ha fixerats ur luften genom baljväxternas symbios med baljväxtbakterier. Bild 2 åskådliggör detta. God markstruktur, där både rötter och bakterier trivs, är förutsättningen. Luften måste nå bakterier och rötter för det nödvändiga gasutbytet. Väldränerad mark utan packningsskador, för vallgrödorna lämpligt ph-värde (ph 6,0-6,5) och tillräcklig vattenförsörjning är viktiga grundförutsättningar. Vad gäller övrig växtnäringsförsörjning bör man vara uppmärksam på att vallgrödorna är mycket kaliumkrävande och att kalium, särskilt på lerfattiga jordar, behöver återföras med urin eller flytgödsel. Figur 3 beskriver tillförsel av kväve ur luft och mark samt kvävets fördelning i vad som bortförs med skörden och vad som blir kvar på fältet i form av skörderester och rötter. Figuren visar fördelningarna i vall I, vall II och vall III i treårig vall där klöverandelen och kvävefixeringen avtar med ökad vallåder. Däremot ökar mängden kväve som mineraliseras från marken det andra vallåret. Denna högre mineralisering antas komma från skörderester och rötter det första vallåret. Figur 4. Sambandet mellan baljväxtandelen och biologisk kvävefixering vid olika skördenivåer. (Granstedt, 1990) Det genom baljväxterna fixerade kvävet och övriga organiskt bundna växtnäringsämnen kommer övriga grödor till godo direkt via nedbrukade vallskörderester och rötter eller indirekt via djurhållningen och stallgödseln. Hur mycket kväve som fixeras genom en vallgröda beror på baljväxtandel och baljväxternas utveckling. Kvävefixeringen i vallarna kan beräknas genom kännedom om baljväxtandelens och vallskördens storlek (figur 4). För bestämning av baljväxtandelen klipps en kvadratmeter, där klöverandelen är representativ. Stubbhöjden bör motsvara den som används vid vallskörd, det vill säga 5 cm. Vallprovet vägs i sin helhet. Sedan sorterar man hela materialet och väger klöverplantorna för sig. Baljväxtandelen i procent beräknas genom att dividera vikten av baljväxternas biomassa med vikten av hela vallprovet och multiplicera kvoten med hundra (baljväxtandelen i % = vikten baljväxt x 100 / hela vikten). Baljväxtandelen på x-axeln motsvaras av en bestämd mängd fixerat kväve, angivet på y-axeln för olika skördenivåer. Exempel på olika skördenivåer anges av linjerna i diagrammet. För skördenivåer som ligger emellan de som
angivits får man själv rita in en rätt anpassad linje (interpolering). Vid varje skördetillfälle bestäms den mängd kväve som fixerats per hektar. En bestämning görs också vid vallens nedbrukning, om återväxt har skett efter den senaste avslagningen. Värdet multipliceras med antal hektar för det aktuella skiftet. Den beräknade mängden fixerat kväve vid varje skördetillfälle och i samband med återväxt under året summeras för varje skifte. För att få en noggrann bestämning av kvävefixeringen på gården bör man även insåningsåret göra en klippning av biomassaskörd och baljväxtandelen, på senhösten. Som ett normalvärde kan man dock räkna med en kvävefixering på 50 kg / ha under insåningsåret. För att beräkna den genomsnittliga biologiska kvävefixeringen på gården summeras den beräknade kvävefixeringen på samtliga skiften under växtodlingsåret och divideras med antal hektar på gården. Betesarealen lämnas utanför. Vid en vallskörd på 7 ton TS, en kväveskörd på 245 kg N och en baljväxtandel på 95 procent uppgår kvävefixeringen till 200 kg N/ha (Figur 3A exemplifierar detta). Sjunker baljväxtandelen däremot till 50 procent är kvävefixeringen endast 100 kg N vid samma skördenivå. Vid en skörd på 4 ton TS uppgår kvävefixeringen till 55 kg N/ha (Figur 3C exemplifierar detta). När baljväxtandelen är lägre än 60-70 % är kvävebortförseln med skörden större än vad som tillförs genom biologisk kvävefixering. Detta kan dock kompenseras genom att låta det bli en återväxt efter den sista vallskörden, och bruka ner den. Det kan finnas behov av att beräkna kvävefixeringen vid odling av grönfoderblandningar med baljväxter. Aktuella försöksresultat saknas, men samma beräkningsförfarande som i vallgrödor ger en ungefärlig bedömning av kvävefixeringens storlek även i dessa grödor. Beträffande åkerbönor och ärtor till mogen skörd motsvarar kvävefixeringen ungefärligen den sammantagna mängd kväve som bortförs med skörden och förloras från kvarlämnade skörderester. Man kan här inte räkna med något egentligt tillskott. Dessa grödor är dock goda förfrukter, eftersom de inte tär på markens kväveförråd, som stråsädesgrödor gör. 2.2. Hur baljväxtkvävet blir tillgängligt för övriga grödor i växtföljden I det föregående har det visats hur kvävefixeringen gör det möjligt att få en hög vallskörd utan handelsgödselkväve, tack vare den biologiska kvävefixeringen. Det genom baljväxterna fixerade kvävet och övriga organiskt bundna växtnäringsämnen kan komma övriga grödor tillgodo antingen direkt via nedbrukade vallskörderester och rötter som bryts ned i marken eller indirekt via djurhållning och stallgödsel. Djurens gödsel och urin har genomgått en sådan omsättning att en del av kvävet blir lätttilgängligt som mineralkväve efter utspridning och nedbrukning i marken. Det finns två principiellt skilda sätt hur det till marken återförda organiskt bundna kvävet och övriga organiskt bundna växtnäringsämnen kan komma efterföljande grödor till godo - dels har vi en kortvarig effekt året efter nedbrukning som kan kallas för förfruktseffekt, och dels har vi en mera långsiktig effekt som kan kallas växtföljdseffekt. A) Förfruktseffekt ( = kortidsverkan) En del av det organiskt bundna kvävet kan mineraliseras direkt efter nedbrukningen. Förfruktskväve (kväve i förfruktens nedbrukade växtdelar) blir då tillgängligt för växterna i form av ammonium och nitratkväve. Den högre skörden året efter kallas förfruktseffekt. Sker ingen kväveupptagning i en efterföljande gröda riskerar mineraliserat kväve att förloras
genom urlakning och denitrifikation. Jordarts- och klimatförhållanden i marken inverkar både på förlusternas storlek och på hur dessa förluster sker. Skörderesterna innehåller också en stor mängd andra för växterna viktiga växtnäringsämnen, som blir tillgängliga i marken i samband med nedbrytningen. Särskilt viktig är frigörningen av organiskt bunden fosfor och svavel. Kväve och andra organiskt bundna ämnen kan också frigöras det andra året efter nedbrukningen av vallskörderester och rötter. Det kallas för för-förfruktseffekt. B. Växtföljdseffekt ( = långtidsverkan) En annan del av kvävet i det nedbrukade organiska materialet införlivas med markens humusförråd och påverkar mera långsiktigt markens kvävelevererande förmåga. Denna mera långsiktiga växtnäringsverkan kallas för växtföljdseffekt (= mineraliserat markkväve som har sitt ursprung i tidigare nedbrukade skörderester och rötter). De nedbrukade skörderesterna utgör råmaterial för mullbildningen. Balans måste råda mellan uppbyggnad och nedbrytning. På jordar med ensidig spannmålsodling är mullhalterna lägre än där vall ingår i växtföljden. För en långsiktig markbördighet är odling av vallbaljväxter i kombination med återförsel av organisk substans med stallgödsel och nedbrukning av övriga skörderester samt rötter nödvändig. De fleråriga vallbaljväxterna intar en unik ställning genom att de också penetrerar större markdjup än andra kulturväxter och bygger upp en struktur och viss mullbildning djupare ned i marken, vilket har betydelse för mineralämnesförsörjning från alven. Vid utformning av växtföljden måste man ta både kortsiktig och långsiktig hänsyn. Vallens långsiktiga bördighetsbefrämjande effekt kan endast studeras genom långliggande fältförsök. För den mera kortsiktiga förfruktseffekten kan fältförsök anläggas för studier under en mer begränsad tidsperiod. Sådana försök har genomförts både i Sverige och Finland och nya försök har startat i södra Sverige, under medverkan av författaren. Resultatet från hittillsvarande långliggande och mera kortvariga försök kan ge en god hjälp för ett mer effektivt utnyttjande av baljväxternas kvävefixering i växtföljden. 2.3. Vallen i växtföljden Figur. 4. Kvävetillförsel genom biologisk kvävefixering och mineralisering från nedbrukat
organiskt material i form av skörderester, rötter och stallgödsel (förfruktseffekt) samt från humusförrådet i marken som är ett resultat av tidigare natur och odlingshistoria (växtföljdseffekt). (Modifierat efter Granstedt, 1992). Figur 5. Nedbrytning av isotopmärkt färskt organiskt material i jord (Källa: Jan Persson, 1987). Figur 5 beskriver kväveförsörjningen på samtliga sju skiften i en sjuårig växtföljd på försöksgården Skilleby i Järna. Värdena bygger på en sjuårig studie. Här framgår dels den direkta tillförseln av kväve via kvävefixeringen (som är lägre det andra vallåret med mindre andel baljväxter) och dels den indirekta tillförseln via marken i en sjuårig växtföljd. En del av det organiska kvävet som tillförs marken - i form av nedbrukade skörderester och rötter efter vallgrödan - mineraliseras relativt snabbt (förfruktseffekt), medan en del införlivas i humuspoolen i marken och där påverkar markens mera långsiktigt kvävelevererande förmåga (växtföljdseffekt). Resultat visar sig fullt ut tredje året efter vallbrott. Då tillförs i detta fall stallgödsel, som ånyo ökar frigörningen av kväve genom mineralisering av också det i stallgödseln bundna kvävet. Hur mycket av kväveinnehållet i skörderester och rötter som har en direkt förfruktsverkan och hur mycket som ingår i nybildningen av humus beror på vallådern och den organiska substansens kvalitetsegenskaper. Här följer en närmare beskrivning av inverkande faktorer. 3. Förfruktseffekten 3.1. Förfruktsverkans beroende av humifieringskoefficienten och C:N-kvoten Laboratorieförsök med isotopmärkt färskt organiskt material visar att i storleksordningen 35 procent av det ursprungliga organiska kolet är kvar efter den mikrobiella omsättningen i jord efter 1-2 år. Detta kan gälla för så skilda typer av organiskt material som lusernrötter, kornrötter och halm (figur 4). Det kvarvarande kolet ingår i mer resistenta skörderester och bildad humus. Procentandelen av den ursprungliga organiska substansen mätt som kol som ingår i den bildade humusfraktionen kallas för humifieringskoefficienten. Den anger hur mycket humus som bildas av till marken tillfört organiskt material. Långliggande försök har visat att t ex stallgödsel ej mineraliseras lika mycket. Humifieringskoefficienten är alltså högre för stallgödsel medan t ex färska ovanjordiska skörderester som exempelvis betblast
bryts ned mycket mer och har en lägre humifieringskoefficient. Efter nedbrytning till humus är relationen mellan kol och kväve nästan oberoende av arten av humusbildande ämnen. Humusen innehåller 10 gånger mer kol än kväve. Det innebär att det man kallar C:N-kvoten är lika med 10 (C:N=10). Detta är ett medelvärde för olika fraktioner av humus. Lägst är kolkvävekvoten i de levande mikroorganismerna, bakterier har en C:Nkvot på 7. Om det ursprungliga organiska material som tillförs marken innehåller mer kväve än vad som binds i den bildade humusen, frigörs överskottet i mineralisk form. Det är det man kallar mineralisering. Först bildas ammoniumkväve (NH4-N) och sedan nitratkväve (NO3-N) som är mera lättrörligt i markvätskan. Hur mycket mineralkväve som frigörs beror på det ursprungliga kväveinnehållet, vilket beträffande kvävet uttrycks i procent eller med C:Nkvoten. Vid nedbrytning av organiskt material frigörs också andra organiskt bundna växtnäringsämnen, framför allt kväve, fosfor och svavel som också mineraliseras. Figur 6. visar den teoretiskt kalkylerade kvävemineralisering som en funktion av C:N-kvoten för tre olika humifieringskoefficienter hos det tillförda organiska materialet och en antagen C:N-kvot på 10 i den bildade humusen (Granstedt, 1995). Modellen förutsätter att det kväve som ej binds till humus frigörs som mineralkväve, under det att CO2 frigörs till atmosfären. Fler organiskt bundna ämnen mineraliseras samtidigt. Exempel: Halm med en kvävehalt på 1 procent och en C:N-kvot på 45 förbrukar kväve under sin omsättning. Ca 65 procent av torrsubstansens kolföreningar bryts ned så att kolet avges i form av koldioxid vid en humifieringskoefficient på 35 %. Den resterande mängden kol överförs i de bildade humussubstanserna, där kol-kvävekvoten är 10. För bildandet av denna nya humussubstans krävs ett kvävetillskott på ca 60 procent av det ursprungliga kväveinnehållet. Om däremot gräsrötter med ett kväveinnehåll på 1,6 procent och en kolkvävekvot på 35 humifieras, så motsvarar detta kväveinnehåll den mängd kväve som ingår i de bildade humussubstanserna. Klöver eller lusern kan innehålla så mycket som 3 procent kväve. Om 35 procent av detta humifieras till humussubstanser med en kol-kvävekvot på 10 så innebär det att 50 procent av det ursprungliga kväveinnehållet avges som växttillgängligt mineralkväve. Figur 6. Kvävemineralisering i procent (y) av tillfört kväve i nedbrukat växtmaterial som funktion av dess kvävehalt uttryckt i procent av torrsubstansen (x) för olika
humifieringskoefficienter (hk). Relationen är y=100-0,1*45*hc/x vid en kolhalt på 45% av torrsubstansen. 3.2. Faktorer som inverkar på förfruktsverkans storlek och hur de kan påverkas genom odlingsåtgärdena Den ökade frigörningen av näringsämnen (= mineralisering) efter vallbrott sker huvudsakligen från förfruktsgrödans skörderester. Det nedbrukade organiska materialet har - utöver själva växtnäringsinnehållet - många positiva effekter för marken, effekter som gynnar grödornas växtnäringsförsörjning. Stegrad frigörning av mineralkväve kan både leda till icke önskade förluster av kväve från marken och till en ökad tillgång på näring till våra kulturväxter. För att uppnå ökad tillgång på näring utan samtidig kväveförlust krävs kunskap om vilka faktorer som påverkar själva mineraliseringsförloppet, dvs hur mycket som frigörs, och när. Mycket forskningsarbete återstår, innan vi någorlunda väl kan reglera tillgängligheten i förhållande till grödans behov vid olika tidpunkter i dess utveckling. Ur det hittillsvarande försöksarbetet inom området framgår dock vissa principer som kan ligga till grund för en biologisk kvävereglering i samband med användning av såväl vall som förfrukt, och även gröngödslingsgrödor. I det senare fallet nedbrukas hela den ovanjordiska biomassan. En uppdelning kan göras i faktorer som påverkar mängden kväve som frigörs och faktorer som inverkar på när kvävet frigörs efter nedbrukning av biomassan: A) Mängden mineralkväve som frigörs genom mineralisering från nedbrukat organiskt material är beroende av: a) Mängden nedbrukat organiskt material och dess innehåll av kväve ( både ovanjordiska och underjordiska växtdelar måste beaktas). b) Förhållandet mellan för mikroorganismerna tillgänglig energi i form av nedbrytbara kolhydrater och kväveinnehållet ( den s.k. kol-kvävekvoten). c) Humifieringskoefficientens storlek. I t.ex. komposterad stallgödsel är det en stor andel av det organiska materialet som redan är på väg att bli humus och därigenom är mera motståndskraftigt mot nedbrytning. Vid nedbrytningen förbrukas kolhydrater (energi för mikroorganismer). I vallodling ökar mängden organiskt material i marken i takt med vallens ålder. Ungefär 25 procent av tillväxten sker i form av rötter och vid varje skördetillfälle blir en viss mängd skörderester i form av bladspill kvar på fältet. Den ackumulerade biomassan i form av rötter och skörderester utgör ca 2/3 eller 67 procent av den bortförda skörden (exememplifierat i fig 2). Genom ökad vallålder ökar mängden ackumulerad biomassa från vallen, och mängden nedbrukat organiskt kväve ökar (faktor Aa). Med ökad vallålder så minskar däremot den andel som frigörs ur det nedbrukade organiska materialet. Det beror på att kvävehalten sjunker och att därmed C/N-kvoten ökar (faktor Ab). Förhållandet framgår av figur 6. Däremot ökar då den andel kväve som binds i form av nybildad humus. Ytterligare en kvalitetsegenskap som förändras med ökad vallålder är att skörderester och rötter blir mer förvedade, bland annat ökar halten av vedämnet lignin. Det leder också till att en mindre andel av kvävet mineraliseras och att mer av substansen binds i humus. Humuskoefficienten i skörderester och rötter får antas öka med ökad vallålder (faktor Ac). Man bör också ha klart för sig att mängden kväve som mineraliseras är en summaeffekt av olika typer av organiskt material, där bladspill från vallen bryts ned lättare och frigör mer mineralkväve än t ex stjälk och rotdelar och att det också finns sortskillnader mellan olika baljväxter.
B) Tidunkten, hur fort och när kvävemineraliseringen sker är beroende av: a) Det organiska materialets nedbrytbarhet. Förvedade växtdelar bryts ned mera långsamt, t.ex. gammal vall med hög halt av svårnedbrytbara vedämnen ( lignin och hemicellulosa) mineraliseras långsamare än färska växtdelar från ettåriga gröngödslingsgrödor och t ex blast från rotfrukter. b) Betingelserna i marken för mikrobiell nedbrytning (temperatur, tillgång på vatten och syre). Både årstiden och odlingsplatsens klimatförhållanden är av betydelse i kombination med mark- och jordartsförhållanden. Beroende på dessa två sistnämnda faktorer kan kvävemineraliseringen ske inom några veckor eller utsträckas till flera år. Det är därför som anpassningen av tidpunkten, och troligtvis även tekniken för nedbrukning med hänsyn till klimat (som inverkar på temperatur, vatten och luftförhållanden i marken), strukturförhållanden i marken och jordart är så avgörande för reglering av kvävefrigörelsen från organisk gödsling för att uppnå önskad kväveleverans och samtidigt minimera kväveförlusterna. Det är skillnad mellan olika gröngödslingsgrödor och fleråriga vallgrödor. Färskt material från ettåriga växter bryts ner mycket snabbt medan en gamal vall med en "grässvål" bryts ned långsammare. När vi skall bestämma hur mycket kväve som frigörs efter ett vallbrott behöver vi dels veta hur mycket kväve som nedbrukas i marken, dels hur stor andel av detta kväve som frigörs genom mineralisering. Vad gäller mineralisering är humifieringskoefficienten i den bildade humusen och C:N-kvoten i urspungsmateralet avgörande. 4. Vad visar försöken 4.1 Gröngödslingsgrödor Modellen i figur 6 kan användas för beräkning av hur stor andel kväve i det nedbrukade materialet som frigörs genom mineralisering. Beträffande gröngödslingsgrödor har modellen prövats på tre olika platser i Sverige, som en metod att förutsäga gröngödslingsgrödornas förfruktsvärde med hänsyn till baljväxtandel och nedbrukad mängd biomassa. I dessa studier konstaterades ett linjärt samband mellan mängden kväve i nedbrukade skörderester och mineraliserat kväve. Förfruktseffekten uppick till 34 procent av det i marken med gröngödslingsgrödorna nedbrukade organiska kvävet. Det överensstämde väl med den i figur 6 beskrivna modellen vid en antagen humifieringskoefficient på 35 procent, ett kväveinnehåll på 2,4 procent. I försöken låg kväveinnehållet i klöver/gräsblandningarna nära detta värde. Här angivna förfruktseffekter måste ses som den sammanlagda effekten av samtliga växtdelar, som var för sig har olika kväveinnehåll och nedbrytbarhet beroende på innehåll av bland annat lignin. Det har visat sig stora skillnader mellan olika fraktioner av det nedbrukade materialet vad gäller efterföljande mineralisering av kväve. I genomsnitt mer än fyra gånger så mycket kväve kan frigöras genom mineralisering från bladen än från själkdelarna av t.ex. rödklöver. 4.2. Vallens förfruktsvärde i försök
I vallodling bortförs en större del av det mera lättomsättbara ovanjordiska materialet och man kan förvänta en mera långsam nedbrytning av rotbiomassan med en flerårig förfruktsverkan efter fleråriga vallar. Utöver rotbiomassan utgör bladspill och stubb ett viktigt tillskott. Såväl tidigare försök som de som nu pågår är dubblerade med vallbrott på hösten med sådd av höstsäd samt sent vallbrott på hösten eller tidigt på våren före sådd av vårvete, detta för att studera vallbrottstidpunktens betydelse på de olika försöksplatserna vad gäller såväl förfruktsverkan som hushållning med kvävet. Fältförsök har genomförts på två platser i Sverige, på försöksgården Skilleby i Järna samt på Kvinnerstaskolan i Örebro. Försöken sker i nära samverkan med motsvarande försök på tre platser i Finland med samma projektledning. 1996 har ett ytterligare försök tillkommit på lilla Böslid i Halland, i samarbete med Hushållningssällskapet i Halland. Undersökningarna baseras på fältstudier av vallens förfruktsvärde beroende av vallålder, vallbrottstidpunkter och efterföljande gröda. Försöken i Mellansverige har samtidigt genomförts på två platser, på Skilleby försöksgård i Järna samt på Kvinnerstaskolan, Axberg utanför Örebro. Försöksplanen var så utarbetad att det var möjligt att samtidigt jämföra förfruktsverkan (och för-förfruktsverkan) efter vall I, vall II och vall III samt stråsäd utan vallinslag. Inverkan av årsmånsvariationen (olika nederbörds- och temperaturförhållanden mellan åren) har också kunnat beaktas, genom att förfruktseffekterna av vall I och vall II kunnat studeras flera år under respektive försöksperiod. 4.3. Försöksplan, hur försöken genomförts Försöken var uppdelade i två delförsök, försök A och försök B med vardera 3 x 6 försöksrutor med en yta av 5 x 15 m. I delförsök A (samtliga försöksled som betecknas med stort A som första bokstav i nedanstående tabell) tillämpades tidig plöjning och sådd av höstvete efter vall. I delförsök B tillämpades sen plöjning och sådd av vårvete efter vall. Varje delförsök bestod av tre försöksytor (kallade för försöksblock) inom vilket de sex behandlingarna (växtföljderna a, b, c, d, e och f) slumpartat fördelades. Detta innebär att samtliga behandlingar upprepades tre gånger på ett sådant sätt att försöksresulaten kunde behandlas statistiskt med s k variansanalys. Led Försöksår 1 2 3 4 5 Aa Havre Korn Havre Höstvete Havre Ab Havre Korn+insådd Vall I Ac Korn+insådd Vall I Vall II Ad Vall I Vall II Vall III Ae Vall I Vall II Höstvete Havre Havre Af Vall I Höstvete Havre Höstvete Havre Ba Havre Korn Havre Vårvete Havre Bb Havre Korn+insådd Vall I Bc Korn+insådd Vall I Vall II Bd Vall I Vall II Vall III Be Vall I Vall II Vårvete Havre Havre
Bf Vall I Vårvete Havre Vårvete Havre Den mängd kväve som frigjordes efter vallbrott skall betraktas som en summaeffekt av det kväve som härstammar från marken själv och det som mineraliseras från nedbrukade skörderester och rötter (förfruktseffekten), så som beskrivits tidigare (figur 4). De försöksrutor där det saknades vall som för förfrukt under minst två år användes som referensytor för att bestämma kväveleveransen från marken utan någon förfruktsverkan från en vallgröda. Detta gjorde det möjligt att - baserat på gjorda provtagningar och analyser av mineralkväve i marken och totalkväve i grödorna - beräkna själva förfruktseffekten. Förfruktsverkan beräknades som det ackumulerade mineraliseringstillskottet av kväve efter vallbrott minus den mängd kväve som mineraliserats utan att någon vall förekommit som förfrukt till höstvete. Provtagningarna i försöken omfattade skörd och analys av såväl ovanjordiskt som underjordiskt organiskt material samt kontinuerlig bestämning av mängden mineralkväve i marken, vilket allt är utförligt redovisat i de vetenskapliga rapporterna från försöken. Under fältmässiga förhållanden är det inte givet att man har uppgifter på kvävehalten i procent av TS. Då kan det vara en hjälp att använda det samband mellan baljväxtandelen och kvävehalten som har framgått av försöken (figur 7). Figur 7. Samband mellan baljväxtandel och kvävehalt påvisat i försök med studier av vallens förfruktsvärde i ekologisk odling (Källa: Granstedt och L-Baeckström, 1998). Mängden biomassa (TS kg/ha) och dess innehåll av kväve (N kg/ha) i det ovanjordiska materialet som skördas och det som uppmättes i jorden i form av stubb och rötter efter vall I och vall II framgår av figur 8. Den uppmätta förfruktseffekten är ett resultat av den mineraliseringen som sker av det organiskt bundna kvävet i kvarlämnade skörderester (stubb och även bladspill) och rötter från samtliga vallår det är fråga om fram till nedbrukningen. Vid sen nedbrukning tillkommer även återväxt som nedbrukas.
Figur 8. Biomassa (A) i TS kg/ha och organiskt bundet kväve (B) i N kg/ha dels i vallgrödans ovanjodiska del som bortförs med skörden, dels i den underjordiska del ned till 75 cm som brukas ned vid vallbrott. I värdena för rötter ingår även stubb som brukas ned. Resultat från provtagningar på Skilleby försöksgård 1992 och 1993 (Källa: Granstedt och L- Baeckström,1998) 4. 4. Resultat av försöken Mängden kväve i skörderester och rötter uppgår till ca 40 % av den totala mängden organiskt bundet kväve i en vall, enligt gjorda provtagningar och analyser. I en flerårig vall får man beräkna den samlade ackumulerade biomassa som tillförts marken. Resultaten från försöken visar hur mycket av detta i marken ansamlade organiskt bundna kväve som frigjorts genom mineralisering efter vallbrottet och blivit påvisbar som förfruktsverkan, samt hur mycket som blivit kvar i marken som organiskt bundet kväve och införlivats i markens humusförråd. Försöksresultaten från en av försöksplatserna, Skilleby gård i Järna, framgår av figur 9 A (tidigt vallbrott följt av höstvete) och figur 9 B (sent vallbrott följt av vårvete, sått följande vår). Mängden mineraliserat kväve som frigjorts i marken och upptagits i de efterföljande grödorna har jämförts med de värden som erhållits med hjälp av den tidigare presenterade beräkningsmodellen.
Figur 9 A. Tillförd mängd kväve (N kg/ha) i skörderester och rötter (första stapeln), kväve i form av mineraliserat kväve (förfruktsverkan) år 1 och år 2 samt kväve införlivat i markens humus (andra stapeln) efter tidig nedbrukning av vall I 1992, vall II 1993 samt vall II 1994 följt av höstvete. Figur 9 B. Tillförd mängd kväve (N kg/ha) i skörderester och rötter (första stapeln), kväve i form av mineraliserat kväve (förfruktsverkan) år 1 och år 2 samt kväve införlivat i markens humus (andra stapeln) efter tidig nedbrukning av vall I 1992, vall II 1993 samt vall II 1994 följt av vårvete. Överenstämmelsen var god vid jämförelsen mellan prognostiserat och observerat värde vad gäller förfruktseffekten av vall I och vall II vid en antagen humifieringskoefficient på 35 %, en beräknad underjordisk biomassaskörd på 40 % (67 % av ovanjordisk skörd) och en antagen kvävehalt i överenstämmelse med kvävehalten i den skördade vallbiomassan. Vad gällde förfruktseffekten av vall III var överenstämmelsen god mellan beräknat och observerat värde vid en antagen humifieringskoefficient på 42 procent. Resultaten tyder på att modellen kan användas för beräkning av förfruktseffektens storlek om
man känner till vallskördens storlek och kvävehalten (alternativt baljväxtandelen) i denna. Hänsyn måste tas till om eventuell återväxt också nedbrukas. Sammanfattning Undersökningarna har gjorts av vallens förfruktsvärde i form av mineraliserat och utnyttjat kväve efter vallbrott. Studierna har gjorts i blandvallar med klöver och gräs och omfattar förstaårsvall, andraårsvall och tredjeårsvall vid tidigt och sent vallbrott på en något mullhaltig lerjord med styv lera i alven på gården Skilleby i östra Sörmland. Resultaten har kunnat jämföras med motsvarande studier på gården Kvinnersta utanför Örebro. Förfruktseffekterna i form av efterföljande skörd har vid såväl tidigt som sent vallbrott varit signifikant högre efter andraårsvall än efter förstaårsvall. Förfruktseffekterna efter andraårsvallarna var också högre än efter tredjeårsvallarna. Detta sammanhängde med en låg klöverandel i tredjeårsvallarna. Förfruktseffekterna, bestämd i form av efter vallarna mineraliserat kväve, har prövats mot en modell för hur mycket organiskt kväve som mineraliseras med hänsyn till kol-kvävekvoten och en bestämd antagen humifieringskoefficient. Kvävemineralisering uttrycks här i procent (y) av tillfört kväve i nedbrukat organiskt material som funktion av dess kvävehalt uttryckt i procent av torrsubstansen (x) för olika humifieringskoefficienter (hc.). Relationen är y=100-0,1*45*hc/x vid en kolhalt på 45% av torrsubstansen. Tidigare studier har visat att humifieringskoefficienten kan vara omkring 35 % för ettåriga gröngödslingsgrödor. Säker bestämning av den underjordiska biomassan och skörderesternas kvantitet och kvalitet är svårgenomförbar under fältmässiga förhållanden där matarialet är under ständig omsättning. Kännedom om vallskördarnas storlek, vallålder (halten lignin och hemicellulosa ökar med vallålder och minskar nedbrytbarheten) och kvävehalt (bestämmande för C/Nkvoten) i vallarna synes kunna ge underlag för sådana beräkningar. De observerade värdena har överensstämt väl med beräknade värden enligt den beskrivna modellen vid en antagen humifieringskoefficient på 35 % för skörderester och rötter efter andraårsvall samt en humifieringskoefficient på 42 % efter vall III. För att kalkylera förfruktseffekten används de ackumulerade värdena av den baserat på den ovanjordiska skörden uppskattade mängden skörderester och rötter som nedbrukas i marken. Den nedbrukade mängden organiskt bundet kväve kan antas vara 2/3 (67 %) av vad som uppmäts i den ovanjordiska skörden. Efter förstaårsvallen kan mineraliseringen vara något högre än vad som beräknats vid en antagen humifieringskoefficient på 35 %. Eventuellt har en något lägre andel än 35 % av skörderester och rötter humifierats och en lite högre andel mineraliserats. Detta särskilt om komletteringssådd med baljväxter skett samma år som vallbrott. I de beräknade värdena för mineraliseringstillskottet ingår de förluster av mineralkväve från markprofilen som framkommit som differenser mellan höst- och vårprovtagningar. Resultaten från vallbrott efter förstaårvall visar att förluster av mineralkväve från markprofilen kan uppstå efter tidigt vallbrott efter förstaårsvall men att samma risk ej föreligger vid sent
vallbrott följt av vårsäd på de lerjordar som studerats i Mellansverige. Studierna av mineralkvävetillskottet efter skörd av höstsäd respektive vårsäd åskådliggör det kända faktum att kvävemineraliseringen fortsätter efter skörd då det inte finns någon höstsådd gröda. Detta kan innebära risker för kväveförluster på hösten året efter vallbrott. Förlusten året efter vallbrott kan eventuellt vara större efter sent vallbrott följt av vårsäd där det föreligger en risk för en tidsmässig förskjutning av mineraliseringen. Här kan en fånggröda på hösten vara särskilt aktuell. Mineraliseringens fördelning över tiden är i hög grad beroende av rådande klimatförhållanden, jordartsförhållanden samt teknik och tidpunkt för vallbrott. Dessa och andra studier visar att mineraliseringsförloppet går långsammare med en förskjutning till det andra året efter vallbrott när det gäller treåriga vallar (troligtvis mer för ännu äldre vallar). Hur årsmån och klimat inverkar med hänsyn till mark och jordartsförhållanden kan klargöras bättre av nu pågående studier, som omfattar fler försöksplatser och olika klimatförhållanden under nordiska förhållanden. 5. Rekommendationer för praktiken Tabell 1. Exempel på biomassauppbyggnad i klövergräsvall (30 procent klöverandel i utsädet), kg torrsubstans (TS) och kg kväve samt uppskattad kvävemineralisering (förfruktseffekt) och bidrag till humusförrådet (växtföljdseffekt) per ha i ekologisk odling (2-3 skördar). Vallålder Age of ley Insåningsår Vall I Ley I (90% baljv.) Vall II Ley II (70% baljv.) Vall III Ley III (50% baljv.) Ovanjordisk skörd 1000-2000 TS DM N DM N TS DM N TS DM N 20-60 7000-10000 150-250 7000-10000 150-250 7000-10000 100-200 Ackumulerat i stubb och rötter (inkl viss del som brutits ned) 500-1000 10-20 4000-6000 100-150 8000-12000 200-300 12000-18000 250-450 Mineralisering vid vallbrott år 1 (förfruktseffekt) 40-60 (40%) 60-90 (30%) 25-45 (10%) Mineralisering år 2 (förförfruktseffekt) 5-10 (5%) 20-30 (10%) 15-20 (5%) Bidrag till markens humusförråd 55-80 120-180 210-395
(=växtföljdseffekt) Den totala biomassan i form av stubb, rötter och skörderester som nedbrukats efter en andraårsvall med en skördenivå på 7 ton ts per år uppgår till mellan 7-10 ton torrsubstans per ha och motsvarar ett kväveinnehåll på mellan 200-300 kg per hektar i skörderester, stubb och rötter (tabell 1). Förfruktsvärdet det första året efter vallbrott kan antas uppgå till mellan 25-35 procent av detta, vilket innebär en frigörning av mineralkväve på mellan 60 och 90 kg. Andraårseffekten kan uppskattas till 10 procent av totala kväveinnehållet i skörderester och rötter, alltså till mellan 20-30 kg N/ha. Vilket det blir beror på vallskördens storlek, klimatområdet samt botanisk sammansättning. Andelen klöver avgör kvävehalten och därmed hur mycket kväve som frigörs genom mineralisering. De värden som anges i tabell 1 har utgått från en baljväxtandel på 90 procent i Vall I, 70 procent i Vall II och 50 procent i Vall III och värdena får anses vara den rimligaste uppskattning som kan göras med hänsyn till de försöksresultat och kunskaper som finns tillgängliga idag. Troligtvis kan man räkna med någon tredjeårseffekt av treårsvallarna. När gräsandelen blir större ökar mängden kol och därmed också kol-kvävekvoten i vallskörderester och rötter. Den största delen kväve i nedbrukade skörderester efter en tredjeårsvall med stor gräsandel går därmed in i humuspoolen och befrämjar den långsiktiga markbördigheten. Det låga förfruktsvärdet efter brytningen av tredjeårsvallarna motiverar komplettering med stallgödsel vid vallbrott samt spridning av urin på våren. För att kunna utnyttja vallgrödornas fulla kvävepotential utan kväveförluster gäller det att utveckla rätt teknik och tidpunkt för vallbrott med hänsyn till klimat och jordart. De här angivna värdena förutsätter en sådan anpassning av odlingsåtgärderna med hänsyn till rådande betingelser, att mineraliserat kväve inte går förlorat genom urlakning och denitrifikation. Förlustriskernas storlek i samband med vallbrott är beroende av jordart, klimatområde och vallens beskaffenhet (vallålder och botanisk sammansättning) och odlingsåtgärderna måste anpassas därefter. För att undvika kväveförluster i samband med vallbrott kan följande rekommenderas: Ettåriga vallar: Ettåriga baljväxtblandvallar med en hög baljväxtandel har ett bra förfruktsvärde närmast efterföljande år, men risken är också stor för kväveförluster. De bör därför inte brukas ner tidigt på hösten. Vallbrott bör ske sent på hösten eller, där så är möjligt, efterföljande vår före sådd av vårsäd. Andraårsvallar med minst 50 procent klöver Sydsverige: Sent vallbrott samt sådd av stråsäd nästföljande år eller, där så är möjligt, tidigt vallbrott på våren. Mellansverige: Vallbrott i mitten av augusti samt sådd av höstvete. På lättare jordar är råg att föredra för bättre kvävehushållning. På lättare jordar sent vallbrott och sådd av vårsäd.
Tredjeårsvallar med minst 20 procent klöver Vallbrott på hösten och sådd av höstsäd, alternativt sent vallbrott vid sådd av vårsäd. Vid låg klöverandel måste stallgödsel tillföras som komplettering för att få erforderlig förfruktsverkan. På lätta jordar i södra Sverige med en hög mineraliseringspotential bör vallbrott ske på senhösten alternativt först efterföljande vår. Stiftelsen Biodynamiska Forskningsinstitutet (SBFI), Rudolf Steinerhögskolan Skilleby gård, SE-153 91 Järna, Tel +46 8 551 577 99, Fax +46 8 551 577 89, E-mail: artur.granstedt@jdb.se