PAUL RIESINGER Kvävebalanser vid gröngödsling vs. skörd av foder Vid ekologisk odling kan tillförsel och bortförsel av kväve vara i balans. Detta visar beräkningar av åkerbalanser för två olika växtföljder som båda baseras på symbiotisk kvävefixering. En tillräcklig tillgång på kväve tidigt på våren är dock en förutsättning för att grödan skall kunna utnyttja det totalt till förfogande stående kvävet. Symbiotisk kvävefixering (SNF) kan tillgodose växtföljdens behov av kväve enbart om enskilda kvävefixerande grödor är tillräckligt produktiva, om deras andel av växtföljden är tillräckligt omfattande och om deras placering i växtföljden optimeras. I Nordeuropa är fleråriga rödklövergräsvallar av central betydelse för växtföljdernas försörjning med kväve. De genom fixering, nedfall och med utsädet tillförda kvävemängderna minskas med de mängder kväve som förloras genom utlakning (nitrat, NO3 - ) och denitrifikation (kvävgas, N2; lustgas, N2O; kväveoxider, NOx). Den mängd kväve som återstår kan teoretiskt utnyttjas för odlingen av ickekvävefixerande grödor, t.ex. spannmål. Hur skall växtföljderna utformas då grödornas kvävebehov baseras på symbiotisk fixering i fleråriga rödklöver-gräsvallar? I en föregående artikel (Riesinger 2014b) definieras åkerbalansen som en modell för beräkningen av kvävetillgången under ett växtföljdsomlopp. Dessutom beskrivs de mängdmässigt mest betydelsefulla kväveflödena. Utgående från detta skall kväveförsörjningen beräknas och analyseras för två olika växtföljder vars kvävetillgång i båda fall baseras på fleråriga rödklövergräsvallar: i det ena fallet används vallen för gröngödsling, i det andra fallet skördas grönmassan som foder. De följande beräkningarna utförs per en hektar (ha) åker och för vardera ett växtföljdsomlopp. Kväveflöden i vallbaserade växtföljder För odling av gröngödslingsvall antas en kreaturslös gård i södra Finland, med en fyraårig växtföljd som omfattar vall, höstråg, ärt och vårvete. För att undvika svampsjukdomar kan ärt i längden bara ingå i vartannat växtföljdsomlopp. Vallen etableras genom insådd i vårvete och slås under följande växtperiod två gånger. Den avslagna grönmassan lämnas på markytan. För att ta tillvara återväxtens kvävefixering och för att fördröja mobiliseringen av kväve bryts vallen först sent på hösten. I södra Finland tillförde symbiotisk fixering i etableringsårets återväxt och i förstaårsvallar enligt Riesinger & Herzon (2010) i genomsnitt 45 och 366 kg kväve (tabell 1). Kväveflödena vid förädling av grovfoder beskrivs med en modell som utgår från mjölkproduktion i Österbotten. Växtföljden antas förutom treårig vall omfatta vårvete, ärt och havre. För att förenkla beräkningarna antas att allt foder produceras på gården. All stallgödsel återförs till åkrarna. Vallen etableras genom insådd i havre och bryts efter tredje produktionsårets andra skörd. För att möjliggöra stubbearbetning mot kvickrot utförs vallbrottet genast efter andra vallskörden. I enlighet med de genomsnittsvärden som publicerades av Riesinger & Herzon (2010) tillför symbiotisk fixering i etableringsårets återväxt, samt i första-, andra- och tredjeårsvallarna 31, 208, 145 respektive 68 kg kväve (tabell 2). Frilevande bakterier bidrar under finländska förhållanden med en fixering på omkring 3-5 kg kväve per år. I samma storleksordning ligger nedfallet av kväve från atmosfären. I bägge fall avtar mängderna med en högre breddgrad, dvs. ju längre norrut i Finland som skiftet är beläget. 1
Även med utsäde tillförs åkern bara ringa kvävemängder, med spannmål omkring fem kg kväve och med ärt det dubbla. Vallfrönas kväveinnehåll är försumbart (tabell 1 respektive 2). På den kreaturslösa gården antas utlakningsförlusterna vara något högre än på husdjursgården, p.g.a. årlig jordbearbetning. Denitrifikationen av kväve antas vara lika hög vid gröngödsling som vid vallodling och spridning av stallgödsel; förlusterna är i det ena fallet större som följd av markpackning (mera omfattande vid en större andel ettåriga grödor), i det andra fallet som följd av djup nedmyllning av organiskt material (vallbrott, stallgödsel) (tabell 1 respektive 2). Kväveförluster vid gröngödsling Vid odling av gröngödsling förloras omkring 10 procent av kväveinnehållet genom avdunstning av ammoniak (NH3) då grönmassan lämnas avslagen på markytan. Den vid två slåttertillfällen avslagna biomassan, bestående av klöver och gräs, utgör knappt 8 000 kg torrsubstans (ts) (Riesinger & Herzon 2008) och innehåller knappt 220 kg kväve. Avdunstningen av ammoniak leder då till kväveförluster på 22 kg kväve. Förlusten av ammoniak från på hösten nedvissnande växtbiomassa antas vara försumbar (tabell 1). Tabell 1. Kvävebalans över en fyraårig växtföljd som baseras på en rödklöver-gräsvall som etablerats i vårsådd spannmål för att under ett produktionsår odlas för gröngödslingsändamål. Tillskott respektive förluster av kväve (N) Kväve (kg/ha) Fixering (vallåterväxt efter skörden av skyddsgrödan) + 45 Fixering (vall, första produktionsåret) + 366 Ammoniakförluster från avslagen grönmassa - 22 Frilevande bakterier (4 år*5 kg kväve/ha) + 20 Nedfall (4 år*5 kg kväve/ha) + 20 Utsäde (2 år spannmål, 1 år trindsäd) + 20 Utlakning (4 år*20 kg kväve/ha) - 80 Denitrifikation (4 år*20 kg kväve/ha) - 80 Tillgängligt för produktion av spannmål till försäljning + 289 Kväveförluster vid hantering av stallgödsel På husdjursgården används vallarna för produktionen av grovfoder. Under tre produktionsår producerar vallarna i Österbotten enligt Riesinger & Herzon (2008) sammanlagt 21 000 kg ts vallfoder, med ett innehåll på 571 kg kväve. Utöver vallfodret ingår också skördarna från ett av växtföljdens spannmålsled och från ärtgrödan i foderstaten. Skördar på 3 000 kg havrekärna och 2 500 kg ärtfrön innehåller 50 respektive 87 kg kväve. Därmed förs under ett växtföljdsomlopp totalt 708 kg kväve från åkern till djurbesättningen. En betydande del av fodrets kväveinnehåll recirkuleras till åkern. Förluster uppstår genom export av mjölk och kött, samt vid hantering av kreatursgödsel. Omkring 20 procent av fodrets kväveinnehåll lämnar gården i form av mjölk och kött (142 kg). Resterande 80 procent av fodrets kväveinnehåll återfinns till en början i djurens avföring (566 kg). Då avföringen hanteras i form av flytgödsel förloras i ladugården, under lagringen och i samband med spridningen sammanlagt 2
omkring 30 procent av dess kväveinnehåll genom avgång av ammoniak i gasform (170 kg) (tabell 2). Tabell 2. Kvävebalans över en sjuårig växtföljd som baseras på en rödklöver-gräsvall som etablerats i vårsådd spannmål för att under tre produktionsår odlas för skörd av grovfoder. Tillskott respektive förluster av kväve (N) Kväve (kg/ha) Fixering (vallåterväxt efter skörden av skyddsgrödan) + 31 Fixering (vall, tre produktionsår) + 421 Fixering (ärt) + 87 Export av fodrets N-innehåll i mjölk och kött - 142 Förluster av fodrets N-innehåll från stallgödsel 1-170 Frilevande bakterier (6 år*3 kg N/ha) + 18 Nedfall (6 år*3 kg N/ha) + 18 Utsäde (2 år spannmål, 1 år ärt) + 20 Utlakning (4 år*15 kg N/ha) 2-60 Denitrifikation (6 år*15 kg N/ha) - 90 Tillgängligt för produktion av spannmål till försäljning + 133 1 Kväveinnehållet i vallfoder och fodersäd recirkuleras i form av stallgödsel delvis till åkern, 2 Ingen utlakning under första och andra vallåret. Kväve för produktion av spannmål till försäljning Spannmål innehåller i allmänhet 20 kg, proteinrikt vete 25 kg kväve per 1 000 kg kärna (13 % vattenhalt). Detta kväve måste tillföras från markförrådet, från förfrukten eller med stallgödsel. Ärt däremot är neutral med avseende på sitt kvävebehov eftersom symbiotisk fixering tillför motsvarande den mängd kväve som förs bort med fröskörden. Beräkningarnas sista rader anger den mängd kväve som inom ett växtföljdsomlopp återstår för produktion av spannmål till försäljning från gården (tabell 1 respektive 2). Gröngödsling resulterar enligt tabell 1 under ett växtföljdsomlopp i en positiv balans på 289 kg kväve. Om vi antar kärnskördar på 4 000 kg höstråg och 3 000 kg vårvete bortförs under ett växtföljdsomlopp på fyra år 80 plus 75, dvs. 155 kg kväve. Dessutom produceras en ärtskörd på 2 500 kg, men denna påverkar inte växtföljdens kvävebalans. Alla dessa skördar och därmed deras kväveinnehåll lämnar gården i form av livsmedel. Under det fyraåriga växtföljdsomloppet kvarstår 134 kg kväve outnyttjade, dvs. 33,5 kg kväve per år. Vid odling av vallfoder och fodersäd (havre och ärt) och en recirkulering av kväve i stallgödsel återstår ett netto på 133 kg kväve för odling av en gröda vars skörd förs bort från gården (tabell 2). En kärnskörd på 4 000 kg vårvete innehåller 100 kg kväve. Husdjursgården kan alltså per hektar åker och under en sexårig växtföljd producera 4 000 kg vårvete för human konsumtion. Dessutom förädlas 21 000 kg ts vallfoder, 3 000 kg havre samt 2 500 kg ärt via produktion av mjölk och kött. Under denna tidsperiod återstår 33 kg kväve outnyttjat, dvs. 5,5 kg kväve per år. Omvandlingen av symbiotiskt fixerat kväve till skörd? 3
Undersökningen om symbiotisk fixering av kväve i rödklöver-gräsvallar (Riesinger 2014a) kombinerad med beräkningarna ovan visar att produktiviteten vid ekologisk odling inte behöver begränsas av någon absolut brist på kväve. Det kan tilläggas att de gårdar som ingick i undersökningen på sina spannmålsfält de facto producerade skördar på i genomsnitt 3 400 respektive 3 700 kg spannmål per hektar (södra Finland respektive Österbotten). I den växtföljd som utgår från symbiotisk fixering i gröngödsling tillförs betydligt mer kväve än vad som omvandlas till skörd, då vi utgår från de skördenivåer som uppnås i praktiken. Varför omvandlas gröngödslingsvallarnas höga tillförsel av symbiotiskt fixerat kväve i praktiken inte till högre skördar? Till en del binds detta kväve upp i ogräs: på de undersökta gårdarna utgjorde ogräsen 11,4 respektive 20,6 procent av vårsädesfältens totala ovanjordiska biomassa (södra Finland respektive Österbotten, Riesinger & Hyvönen 2006). Leder ett större överskott av kväve till ökade förluster eller kan detta kväve åtminstone delvis bindas in i en ökande humushalt och på sikt bidra till ökad markbördighet? En procent humus innehåller omkring 1 500 kg kväve. Om vi antar att humushalten under en period av 10 år kan ökas med en kvarts procentenhet så binds samtidigt ytterligare 375 kg kväve in i denna. Det överskott av kväve som produceras i den växtföljd som gröngödslingsvallen ligger till grund för kan alltså möjligtvis fångas upp i form av en ökande humushalt. Förebygga tidvis kvävebrist! En låg effektivitet i omvandlingen av symbiotiskt fixerat kväve till skörd förorsakas troligtvis i betydande grad av tidvis kvävebrist. Brist på kväve i skott- och broddbildningsskedet (BBCH 10-20) har visat sig utgöra en absolut begränsning för beståndets slutgiltiga skörd (Hauggaard- Nielsen et al. 1998). I synnerhet kalla och torra vårar medför att mineraliseringen av kväve från organiskt material inte är tillräckligt omfattande för att tillgodose grödans behov. Vid konventionell odling kan växttillgängligt kväve smidigt tillföras i form av vattenlöslig mineralgödsel. Vid ekologisk odling kan lantbrukaren istället använda urin och flytgödsel där 90 respektive 70 procent av det totala kväveinnehållet utgörs av snabbt växttillgängligt ammoniakoch ammonium (NH4 + )-kväve. En tidig tillförsel av några tiotal kg växttillgängligt kväve medger en bättre tillväxt på våren och innebär att grödan i större utsträckning kan utnyttja det kväve som senare under växtsäsongen mobiliseras från organiskt material. AgrDr/MMT Paul Riesinger, Arbetsgruppen för agroekologi, Institutionen för lantbruksvetenskaper, Helsingfors Universitet. Arbetet har fått finansiellt understöd av R. Erik Serlachius Stiftelse (provtagning) och Louise och Göran Ehrnrooth Stiftelse (analys och publikation). Artiklarna har tidigare publicerats i Landsbygdens Folk/Lantmän och Andelsfolk (2011 och 2012), men föreligger här i omarbetad och aktualiserad form Litteratur Hauggaard-Nielsen H, de Neergaard A, Jensen LS, Høgh-Jensen H & Magid J (1998). A field study of nitrogen dynamics and spring barley growth as affected by the quality of incorporated residues from white clover and ryegrass. Plant and Soil, 203, 91-101. Riesinger P (2014a). Typensidonta vaihtelevaa mutta runsasta! Luomulehti 2, 12-14 Riesinger P (2014b). Kasvien typensaanti, Luomulehti 3, 44-47. Riesinger P & Herzon I (2008). Variability of herbage production in mixed leys as related to ley age and environmental conditions: a farm survey. Agricultural and Food Science, 17, 394-412. Riesinger P & Herzon I (2010). Symbiotic nitrogen fixation in organically managed red clover-grass leys under farming conditions. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B, Soil and Plant Science, 60, 517-528. Riesinger P & Hyvönen T (2006). Weed occurrence in Finnish coastal regions: a survey of organically cropped spring cereals. Agricultural and Food Science, 15, 166-182. 4
Bild 1. Vid gröngödsling återförs all biomassa och därmed allt kväve direkt till marken. En tidig första avslagning och sammanlagt tre avslagningar per säsong ger god effekt mot tistlar. Bild 2. Vallfoder förädlas inte bara till mjölk och kött utan också till stallgödsel. Tillförsel av urin och flytgödsel tidigt på våren kan öka grödans kapacitet till tillväxt senare under säsongen. 5