Växtnäringsbalans på gårds- och fältnivå Ingrid Öborn a, Gunnela Gustafson b, Helena Bengtsson a, Eva Salomon c & Simon Jonsson d a Inst för markvetenskap, SLU, Box 7014, 750 07 Uppsala, tel 018-671274, e-post ingrid.oborn@mv.slu.se; b Inst för husdjurens utfodring och vård, SLU, Box 70xx, 750 07 Uppsala e-post gunnela.gustafson@huv.slu.se, c JTI-Institutet för jordbruks- och miljöteknik, box 7033, 750 07 Uppsala, e-mail eva.salomon@jti.slu.se, d Inst för norrländsk jordbruksvetenskap, SLU, Patrons Allé 10, 943 31 Öjebyn e-post simon.jonsson@njv.slu.se Vad kan man använda växtnäringsbalanser till? Att beräkna balanser för näringsämnen och spårelement är en enkel och pedagogisk metod som kan användas för att göra förutsägelser om hur uthållig den nuvarande driftsinriktningen är. Genom att mäta eller skatta tillförseln och bortförseln av olika ämnen kan vi se vilka flöden som är av störst betydelse och om det sker det en upplagning eller utarmning av ett visst ämne på gården eller på fältet. På det sättet får vi en uppfattning om i vilken riktning vi är på väg och det ger en finger-visning om systemets uthållighet. Med uthållighet menas här hushållningen med växtnäringen vad gäller såväl långsiktiga effekter på markförråden som minimerad påverkan på omgivande miljö genom utlakning till yt- och frunsvatten och emissioner till luft. Växtnäringsbalanser på gårds- och fältnivå kan vara användbart för den enskilde lantbrukaren eller rådgivaren för att följa upp olika åtgärder eller göra ett enkelt överslag vad olika åtgärder kan leda till på sikt. Att göra närings- och spårelementsbalanser för olika driftsformer kan också vara mycket användbart inom undervisning eller som beslutsunderlag för olika myndigheter (t ex för att sätta gränsvärden). Enkla budgetberäkningar för olika ämnen kan belysa olika frågeställningar både i den stora nationella skalan, på avrinningsområdesnivå eller i den lilla skalan på gården eller fältet. Beräkningar kan göras för längre tidsperioder, för ett växtföljdsomlopp eller för enskilda år och växtslag. Förutom att definiera vilket system man vill göra ämnesbalanser för, t ex en genom-snittsåker i länet, en specifik gård eller ett specifikt fält, så är det viktigt att tänka efter vilken tidsperiod man är intresserad av. Vad är det för skillnad på en gårdsbalans och en fältbalans? I en gårdsbalans tar man bara hänsyn till vad som förs till respektive bort från gården medan man i en fältbalans även räknar med ämnesflödena inom gården av t ex foder och gödsel. Genom att summera flödena till, respektive från, gården får vi reda på om vi har en nettotillförsel eller en nettobortförsel av ett visst näringsämne på gården under den aktuella tiden. Däremot får vi ingen bild av om det sker en omfördelning av näringsämnen inom gården. Genom att då också upprätta en ämnesbalans på fältnivå så tar man hänsyn till allt det som lämnar respektive tillförs fältet, dvs även de grödor som skördas och används som foder och de ämnen som återförs till marken via stallgödseln. Fältbalansen ger en bild av om det sker en upplagring eller en utarmning i marken av ett visst näringsämne. Däremot kan man inte genom att göra en fältbalans helt skilja mellan det som cirkulerar internt på gården och det som köps in eller kommer att säljas ut, t ex om det som finns i gödseln kommer från eget eller inköpt foder. Man kan se det som att fältbalansen och gårdsbalansen kompletterar varandra. Gårdsbalansen visar förändringen på gårdsnivå I en gårdsbalans ingår alla stora flöden till och från gården, både sådant som köps och säljs men även t ex kväve som tillförs genom biologisk kvävefixering och diffusa till- och bortflöden genom luftnedfall, emissioner till luft och utlakning. En förenklad form av gårdsbalans är en sk grindbalans ( farm gate balance ) där man räknar med tillflödet som det man köper till gården och utflödet som det man säljer från gården. Detta fungerar bra för ett ämne som t ex fosfor som inte tillförs via luftnedfall och där utlakningen kvantitativt sett oftast är liten. 114
Fältbalansen ger information om förändringen i marken En fältbalans kan beräknas för ett genomsnitts fält på gården över en växtföljd eller för en enskild gröda eller ett enstaka år. Fältbalanser kan också upprättas för varje enskilt fält över en växtföljd eller för en specifik gröda och år. I en fältbalans ingår alla stora flöden till och från fältet. Exempel på tillflöden är via stallgödsel/ urin, handelsgödsel, kalk och från luften via nedfall och/eller biologisk kvävefixering. Exempel på bortförsel är skörden, utlakning, ytavrinning och emissioner till luften. En del av dessa flöden är det lätt att sätta siffror på medan andra är betydligt svårare. Dessa kanske då måste utelämnas.så länge men det är ändå värt att notera att man tror det kan ha betydelse för balansen. Vi kommer här att ge några exempel på fältbalanser för fosfor, kalium och zink i ekologisk och konventionell mjölkproduktion. De skall ses som exempel som belyser frågor som även är aktuella för andra näringsämnen och driftsinriktningar. Fältbalanser för fosfor, kalium och zink i ekologisk och konventionell mjölkproduktion exempel från Öjebyn På SLUs försöksgård i Öjebyn 5 km norr om Piteå i Norrbotten bedrivs mjölkproduktion. Där pågår sedan 1990 ett fullskaleförsök, det sk Öjebyn-projektet, där halva gården (50 mjölkkor och 49 hektar åker) lades om till ekologisk drift medan andra halvan av gården (50 kor och 38 hektar åker) drivs konventionellt (Jonsson, 1996). Inom det MISTRA finansierade projektet Mat 21 Uthållig livsmedelsproduktion görs detaljerade studier av närings- och spårelementsflöden och balanser på gårds- och fältnivå i de bägge systemen (Bengtsson, 1998; Bengtsson et al, 1998; Ramberg, 1998; Food21, 2000). Fältbalanserna för fosfor, kalium och zink för 1997 redovisas i Tabell 1. Tabell 1. Årlig tillförsel och bortförsel av fosfor (P), kalium (K) och zink (Zn) angivet som kg per ha och år, i genomsnitt för en växtföljd i ekologisk och konventionell mjölkproduktion på Öjebyns försöksgård (SLU) 1997. Beräkningarna är baserade på ett års provtagning (Food 21, 2000; data från Helena Bengtsson m fl). Tillförsel Bortförsel Anrikning/ Förändring i Gödsel* 1 Urin* 1 Handels- Nedfall Skörd Utlakning Utarmning marken%*2 gödsel Fosfor Ekol.16,6 0,1 0 0 19,6 0,2-3,1-0,04 Konv.18,1 0,1 0,4 0 18,4 0,2 ±0,0 ±0 Kalium Ekol.65 61 0 1 163 6-42 -0,32 Konv.60 73 10 1 186 6-48 -0,34 Zink Ekol.0,346 0,014 0 0,082 0,182 0,065 +0,196 +0,07 Konv.0,396 0,034 0 0,082 0,187 0,065 +0,261 +0,12 Den största tillförseln av fosfor sker via stallgödsel medan kalium tillförs både med stallgödsel och urin. Den största bortförseln är de skördade grödorna och dessa används i huvudsak som foder till korna (potatis är den enda gröda som säljs). Största delen av det kalium som finns i fodret kommer tillbaka till marken via stallgödsel och urin men en del säljs i form av mjölk och kött (18 kg K per ha o år i det konventionella systemet). När det gäller fosfor så säljs en relativt sett större del i form av mjölk och kött (15 kg P per ha i det konventionella systemet). Samtidigt så köps en hel del foderspannmål och kraftfoder in till gården och med detta bl a kalium och fosfor som kommer marken tillgodo via stallgödsel/urin. För fosfor visar fältbalanserna att bägge systemen är i balans eller mycket nära balans (Tabell 1). Bortförseln är 3 kg större än tillförseln i det ekologiska systemet men detta ligger troligen inom ramen för de 115
årsmånsvariationer som alltid finns. För kalium är bortförseln med skörden betydligt större än tillförseln (drygt 40 kg per ha) och detta kommer att diskuteras närmare längre fram. Det bör dock påpekas att 1997 var ett mycket bra år vad gäller skördarna och detta påverkar bortförselns storlek. Vi måste följa kaliumflödena under några år för att se vilken årsmånsvariation vi har i kaliumbalanser. Zink tillförs främst via stallgödsel/urin men även luftnedfallet ger ett stort bidrag (Tabell 1). Skörden svarar för huvuddelen av bortförseln men även utlakningen är betydelsefull och motsvarar drygt 20 % av totala bortförseln. Zink tillförs till fälten i betydligt större mängder än vad som bortförs. På de ekologiska fälten stannar 44% av tillfört zink kvar i marken och motsvarande siffra för de konventionella fälten är 51%. Tittar man på gårdsbalansen för zink så ser man att inköpt foder är den viktigaste tillförseln men även luftnedfallet har betydelse. Tillförseln är avsevärt större än vad som säljs med mjölk och kött. Detta gäller inte minst i det ekologiska systemet där arealen är större och andelen inköpt foder mindre jämfört med i det konventionella systemet. I bägge systemen svarar usvarar utlakningen för en större del av bortförseln än det som totalt säljs i form av mjölk, kött och potatis. Vilken förmåga har marken att leverera kalium? Kalium är tillsammans med kväve och fosfor ett av de viktigaste växtnäringsämnena, men eftersom det inte har någon direkt negativ inverkan på omgivande ekosystem så har det inte fått så mycket uppmärksamhet under senare år. Det finns dock flera skäl till att uppmärksamma kaliumsituationen både med tanke på en god och långsiktig växtproduktion och med tanke på minimerad miljöpåverkan. Det har börjar komma rapporter från flera länder i Europa om att kalium kan bli ett kritiskt växtnäringsämnen i mera extensiva jordbrukssystem, där en större del av näringsförsörjningen sker genom återcirkulation, biologisk kvävefixering och en användning av de platsgivna förutsättningarna. Till de platsgivna förutsättningarna hör jordart och typ av geologiskt modermaterialet och detta har stor betydelse för vilka kaliumförråd som finns i marken. Frågor man kan ställa sig är: Kan vi räkna med markens vittring för den långsiktiga kaliumförsörjningen av jordbruksgrödor? I så fall, vilken årlig kaliumleverans kan vi då räkna med för olika typjordar och regioner? När och hur skall vi kunna börja räkna med markens kaliumlevererande förmåga i växtnäringsbalanser för driftsplanering och uppföljning på den enskilda gården? Hur mycket kalium frigörs genom vittring på Öjebyn? Fältbalanserna för kalium 1997 på Öjebyn visade på att bortförseln var större än tillförseln i både den ekologiska och konventionella odlingen. De data som presenteras i Tabell 1 är genomsnittsvärdena för de grödor som ingår i en 6-årig växtföljd med (år 1) ärtor/havre med vallinsådd, (år 2-4) vall, (år 5) korn och (år 6) potatis eller ärtor/havre. Tittar man på de enskilda grödorna så sker det en upplagring av kalium i marken vid odling av korn och potatis medan vi har ett kraftigt underskott under åren med vall. För att få ett bättre underlag håller vi nu på att ta fram fältbalanser för ytterligare två år (1998-99). Fagerberg m fl (1996) beräknade fältbalanser för kalium för den ekologiska och den konventionella växtföljden på Öjebyn (1990-95). De fann ett underskott på 10-40 kg K per ha och år i den ekologiska driften medan den konventionella driften varierade mellan överskott och underskott olika år och i snitt hamnade på ett litet överskott. Frågan är om det sker en utarmning av kaliumtillståndet i marken i på Öjebyn, och då främst i det ekologiska systemet, eller om vittringen långsiktigt kan bidra med en del av detta kalium? I samband med arbetet för att fastställa kritiska belastningsgränser för sur nederbörd i skogsmark, utvecklades en modell (PROFILE) för att kunna beräkna markens långsiktiga vittringspotential utifrån bl a jordart och mineralogisk sammansättning (Sverdrup, H. & Warfvinge, P. 1988; Sverdrup & 116
Warfvinge, 1993). Med hjälp av PROFILE modellen har den långsiktiga frigörelsen av kalium för den lättaste typen av jordar (grovmo) på Öjebyn skattats till 15±5 kg per ha och år (Food 21, 2000, data från Johan Holmqvist m fl). I en studie av kaliumdynamiken i ett 30-årigt fältförsök med gräsvall och spannmål i nordöstra Skottland visade budgetberäkningar att markens förmåga att leverera kalium var närmare 40 kg per ha och år (i genomsnitt för de 30-åren) (Öborn m fl, 1998 per ha och år). Försöket låg på en odlad mark med en jordart och ett modermaterial som i stort liknar det vi har i på sydsvenska höglandet (odlad podsol utvecklad i osvallad morän som domineras av granit). Detta visar att vittringen kan vara en betydelse faktor som vi måste lära oss mer om för att kunna bedöma markanvändningens uthållighet. Avslutande diskussion Fosfor är ett ämne som det är relativt lätt att beräkna både gårds- och fältbalanser för. Det binds hårt i marken, utlakningen är liten och det sker inga emissioner till luften. Det tillförs inte heller genom luftnedfall utan den huvudsakliga tillförseln sker via gödsel och den huvudsakliga bortförseln är via skördeprodukter. Om vi har ett nettoöverskott eller ett nettounderskott i fältbalansen betyder det att vi bygger upp fosforförrådet imarken respektive tär på det förråd som redan finns där. När det gäller fosfor har vi under efterkrigstiden byggt upp ett förråd i svensk åkermark på i snitt ca 700 kg P per ha (Andersson m fl, 1998). Det fosforförråd som finns i marken på många gårdar kan man se som ett startkapital för ett resurssnålare jordbruk som det gäller att hushålla med och beakta när man gör gårds- och fältbalanser Kalium är betydligt mer rörligt i marken än vad fosfor är och det finns inte på samma sätt ett uppgödslat förråd. För kalium är det kaliumförrådet som finns i markens mineral som är den resurs vi måste lära oss mer om. På sikt är det både möjligt och önskvärt att lägga in vittringens bidrag till växternas kaliumförsörjning (och ev även magnesium-försörjningen) i en enkel rådgivningsmodell för växtnäringsbalanser (t ex STANK). Detta skulle kunna ske genom att användaren anger region (klimat och modermaterial) och jordart. Det krävs då först att potentiella årliga vittringen bestäms för ett antal typjordar med olika modermaterial och läggs in i en databas. De olika typjordarnas vittringsförmåga skulle kunna tas fram med hjälp av de sk bördighetsförsöken. Det är SLU:s långliggande fältförsök med olika driftsinriktning och gödslingsstrategi som nu pågått i mer än 40 år. Där kan budgetberäkningar göras för enskilda år och över en längre tidsperiod. Dessutom pågår nu vittringsförsök i laboratorieskala med lerfraktioner från några av dessa typjordar (postglacial lera från Uppland och moränlera från sydvästra Skåne) och utifrån detta vidareutvecklas den befintlig vittringsmodellen PROFILE för mer finkorniga jordar (CLAY-PROFILE) (Holmqvist m fl, 2000a; 2000b). Referenser Bengtsson, H. 1998. Flöden av näringsämnen och tungmetaller i olika produktionssystem. Mat21 Faktablad. Mat 21, Inst för livsmedelsvetenskap, SLU, Box 7051, 750 07 Uppsala. Bengtsson, H., Öborn, I., Andersson, A., Nilsson, I., Steineck, S., Gustafson G. & Jonsson, S. 1999. Cadmium and zinc fluxes and balances in organic and conventional dairy farming - preliminary results. In: Proceedings of Extended Abstracts from the Fifth International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements (WW Wenzel, DC Adriano, B Alloway, HE Doner, C Keller, N W Lepp, M Mench, R Naidu & G M Pierzynski Eds.), Vienna, Austria, p 426-427. Fagerberg, B., Salomon, E. och Jonsson, S. 1996. Växtnäringsbalanser på gård och i mark Öjebynprojektet. Nytt från institutionen för norrländsk jordbruksvetenskap ekologisk odling nr 3. Food 21, 2000. A MISTRA Program Food 21 Sustainable Food Production, Progress Report April 2000. 117
Holmqvist, J., Sverdrup, H. & Butz-Braun, R. 2000a. Clay mineral weathering rates under field condtions and thoughts on how this may be modelled. Submitted to Clay Minerals. Holmqvist, J., Sverdrup, H., Öborn, I., Butz-Braun, R. & Hillier, S. 2000b. Dissolution rates of pedogenic clays in aqoeous solution. Submitted to European Journal of Soil Science. Jonsson, S. 1996. Erfarenheter från Öjebyn-projektet. Nytt från institutionen för norrländsk jordbruksvetenskap ekologisk odling nr 1. Ramberg, G. 1998. Den brukade jordens kemi en balansakt på slak lina. I Mat21. Årsrapport 1998, s.14-15. Mat 21, Inst för livsmedelsvetenskap, SLU, Box 7051, 750 07 Uppsala. Sverdrup, H. & Warfvinge, P. 1988. Weathering of primary silicate minerals in the natural soil environment in relation to a chemical weathering model. Water, Air and Soil Pollution 38, 387-408, Sverdrup, H. & Warfvinge, P. 1993. Calculating field weathering rates using a mechanistic geochemical model PROFILE. Applied Geochemistry 8, 273-283. Öborn, I., Edwards, A.C., Cook, Y., Bain,,D.C., Hillier, S., Paterson, E. & Wilson, M.J. 1998. Soil potassium dynamics during a 30 years field experiment contribution from mineral weathering. British Soil Science Society, Belfast Sept. 1998 (poster abstract). 118