Status 2002

Drivhusgasser og kvælstoffiksering i kløvergræs

Projektet gennemføres på basis af tre delprojekter:

1. Proces studier af kvælstof udvekslingen mellem jord og atmosfære
2. Markens udveksling af kvælstof mellem jord og atmosfære
3. Modellering af N udvekslingen mellem jord og atmosfære

1: Proces studier af kvælstof udvekslingen mellem jord og atmosfære
Formålet med delprojektet er at bestemme brutto-omsætningen af mineralsk kvælstof i rodzonen under afgræsset kløvergræs. Desuden undersøges sammenhængen mellem brutto-omsætning og produktion og tab af N₂O og N₂. Endvidere bestemmes størrelsen af den biologiske kvælstoffiksering under veldefinerede forhold, og det undersøges hvor megen af kløverens fikserede N₂ som udnyttes af græsset i blandingen, og hvor meget der tabes til atmosfæren i form af N₂O og N₂. Forsøgene udføres overvejende ved brug af jordsøjler/lysimetre i indesluttede veldefinerede miljøer. Eksperimenter i marken udføres i samarbejde med delprojekt 2.

WP1.1: For at belyse sammenhængen mellem brutto N-omsætningen (ammonifikation, nitrifikation og denitrifikation) i rodzonen af kløvergræs med emissioner af lattergas (N₂O) og frit kvælstof (N₂) er der gennemført en række forsøg med anvendelse af ¹⁵N-indmærkning. I forsøgene er undersøgt betydningen af klævergræssets alder og variationerne gennem vækstsæsonen. I foråret 2001 blev der installeret et antal 30-cm diameter cylindre i et værkstedsområde ved Forskningscenter Foulum, omfattende 1. års, 2. års og 8. års kløvergræs. Fire gange gennem sæsonen blev der fra disse udtaget intakte jordsøjler som herefter blev transporteret til Forskningscenter Risø hvor de afsluttende forsøg med ¹⁵N-indmærkning blev foretaget.

Opgørelserne af gasmålingerne viser, N₂O afgives med rater på 0.2 – 2 g N ha^-1 dag^-1 uafhængig af kløvergræssets alder. Dette svarer til mindre end 0.2% af kvælstoffikseringen i systemet. Ved at sammenholde forekomsten af ¹⁵N-isotopen i jordens uorganiske kvælstofpuljer med ¹⁵N i det afgivne N₂O kunne det fastslås, der var en positiv sammenhæng mellem koncentrationen af ¹⁵N i jordens ammonium (NH₄⁺). Dette indikerer at nitrifikationen, den mikrobielle omsætning af NH₄⁺ til nitrat (NO₃^-) er den styrende proces for dannelsen N₂O i kløvergræssets rodzone, hvilket er en uhyre vigtig oplysning ved det videre arbejde med modelleringen af systemets N-dynamik. I foråret 2002 blev der udtaget et yderligere antal intakte jordsøjler med henblik på at gennemføre tilsvarende undersøgelser i kløvergræs under påvirkning af simuleret urin-afsætning. Disse forsøg afsluttes i løbet af 2003

WP1.2: Som planlagt blev der i 2002 iværksat forsøg til direkte bestemmelse af biologisk kvælstoffiksering ved måling af assimilering af ¹⁵N-mærket atmosfærisk kvælstof (¹⁵N₂) i kløvergræs, og i hvor høj grad denne kvælstofpulje bidrager til kløvergræssets afgivelse af N₂O. Forsøg af denne type indebærer at planterne gennem en længere periode inkuberes i gastæt kammer, hvor atmosfæren er indmærket med ¹⁵N₂. Til dette formål er der på Forskningscenter Risø fremstillet et særligt vækstkammer, hvor planterne, dyrket i potter, gennem en 14-dages inkubationstid henstår i en atmosfære med ca. 2 % ¹⁵N₂. Vækstkammeret er opbygget ved modificering af en trope-fryser, hvor lys, tempereratur og kuldioxid styres via en computer med brug af et styresystem udviklet i samarbejde med Botanisk Institut på Københavns Universitet.

Efter inkubationen høstes de over- og underjordiske plantedele i det halve af potterne og analyseres for ¹⁵N-indhold; fra det andet hold potter måles afgivelsen af N₂O og ¹⁵N-indholdet heri.

Der er hidtil gennemført forsøg med kløvergræs af 3 og 6 måneders alder; et sidste forsøg med 9 måneders kløvergræs gennemføres i november 2002.

2: Markens udveksling af kvælstof mellem jord og atmosfære
Dette delprojekt har som formål at bestemme N₂-fikseringen i kløvergræs med speciel fokus på bidraget fra rodbiomassen, at bestemme kvælstof fikseringen i afgræsset kløvergræs på to forskellige sandede jorder, samt at bestemme tabet af N₂O fra disse jorder. Undersøgelserne udføres i marken over en flere vækstsæsoner, hvor der jævnligt udtages prøver af både over- og underjordiske plantedele til bestemmelse af den totale N₂-fiksering. Endvidere bestemmes emissionen af N₂O i et stort antal punkter i marken i kampagnemålinger med henblik på et belyse sammenhængen mellem produktion og tab af N₂O og forekomst og alder af urinpletter fra græssende kvæg.

WP2.1 & WP2.2: Det første forsøgsår (2001) fokuserede på 1) betydningen af kløvergræssets alder for den biologiske N₂ fiksering, herunder bidrag fra stub og rødder, 2) bestemmelser af N₂ fiksering under aktuelle markforhold, samt 3) igangsættelse af markforsøg til bestemmelse af jordtypens betydning for N₂ fiksering og bidrag fra stub og rødder. Undersøgelserne af N₂ fiksering under aktuelle markforhold blev koordineret med FØJO II-projektet BIOMOD, idet resultaterne indgår i dette projekts N-balancer. I dette forsøgsår (2002) er undersøgelserne vedr. 3) blevet forsat og i forlængelse af 2) gennemføres undersøgelser af hvilken betydning det har for høstudbytter og kløverandel og dermed for N₂ fikseringen at målingerne er baseret på høst med 3-4 ugers intervaller i forhold til høst med kortere intervaller (simuleret afgræsning). Der foreligger endnu ikke resultater fra dette års undersøgelser.

I korte træk viser de foreløbige resultater fra første forsøgsår, at kløvergræssets alder påvirkede N₂ fikseringen. Den total planteproduktion var signifikant højere i 2. års end i 1. og 8. års kløvergræs. Andelen af kløver i 8. års kløvergræs var lavere end i 1. og 2. års igennem hele vækstperioden, og andelen af fikseret N i kløveren var ligeledes lavere i 8. års end i 1. og 2. års igennem hele vækstperioden, hvorved den samlede N₂ fiksering i 1. års, 2. års og 8. års kløvergræs blev henholdsvis 59, 79 og 49 kg N ha-1. Disse værdier repræsenterer fikseret N i den høstede plantebiomasse. Bidraget fra rødder og stub blev målt kort efter den sidste høst (5/12), og beregningerne viste, at andelen af kløver-rødder og -stub kun udgjorde 4-5% af den samlede høstede biomasse, hvorimod græs-rødder og -stub udgjorde 10-20% af den høstede biomasse. Det totale indhold af kvælstof i rødder og stub, som efter en ompløjning af kløvergræsmarken vil blive inkorporeret i jorden, udgjorde henholdsvis 74, 127 og 146 kg N ha-1 i 1. års, 2. års og 8. års marken.

WP2.3: Det første forsøgsår (2001) fokuserede på 1) den rumlige fordeling af lattergasemissioner i afgræsningsmarker og relationer til jordens egenskaber, samt på 2) den tidsmæssige dynamik af lattergasemission og jordkarakteristika i urinpletter. Databehandling af 1) er afsluttet, mens der for det sidste plotforsøg fra september-oktober 2001 fortsat mangler en del analyser.

Hovedformålet med indsatsen i 2002 er at beskrive den tidsmæssige udvikling af lattergasemissionen igennem afgræsningsperioden. På grund af faldende mælkeydelse samt ændringer i græskvalitet og klimatiske forhold kan der forventes store variationer hen over sommeren. Det foregående års resultater indikerede en positiv vekselvirkning mellem urea-N i urinen og lattergasemission, som kunne medføre en relativt høj risiko for lattergastab under afgræsning i et intensivt kvægproduktionssystem. Derfor blev sæsonundersøgelsen modificeret til en sammenligning af et ekstensivt (’økologisk’) system med et mere intensivt (’konventionelt’) system.

Hver behandling omfatter tre malkekøer som afgræsser ca. 0,5 ha i dagtimerne, mens natten tilbringes på stald. Den ’økologiske’ behandling afgræsser ugødet kløver-rajgræs, mens den ’konventionelle’ behandling afgræsser rajgræs gødet med 300 kg N ha-1. Der fodres med tilskudsfoder (kun byg til ’økologiske’ dyr, byg+rapskage+roepiller til ’konventionelle’ dyr) samt græsensilage. Lattergasemissionen måles langs en transekt på langs af hver mark, idet der måles i 10 (nye) punkter en gang hver 4. uge. I de samme uger registreres foderindtagelse og mælkeydelse. På et enkelt tidspunkt i juli blev der gennemført en ekstra målekampagne i området omkring vandtruget, hvor afsætningen af gødning og urin samt kompaktion er særlig stor.

Ved modellering af lattergasemissionen forudsættes en bestemt fordeling af den afsatte gødning og urin. Som reference for dette blev der i juni måned, i samarbejde med Afd. for Jordbrugssystemer, DJF, gennemført en kortlægning af et ca. 10 m bredt bælte for enden af de to folde. Her blev området affotograferet fra ca. 14 m højde vha. et specielt fotoudstyr der optager digitale billeder ved definerede bølgelængder. Billederne vil blive behandlet med henblik på at se, om afsætningen af gødning og urin kan beskrives gennem reflektansen fra marken.

3: Modellering af N udvekslingen mellem jord og atmosfære
Formålet med delprojekt 3 er at tilpasse, parameterisere og validere en omsætningsmodel for kvælstof i jord-plante-atmosfære systemet med henblik på simulering af N₂O frigivelsen, herunder en beskrivelse af den rumlige variabilitet som skyldes urin pletter og gødingsklatter fra græssende kvæg. I arbejdet anvendes modellen FASSET, som beskriver transporten af kvælstof fra stald til mark på bedriftsniveau. I FASSET indgår ikke N₂O emissioner fra marken. En revideret submodel udvikles for beskrivelsen af N₂O emissionen baseret på data fra projektet og data indsamlet i litteraturen.

Arbejdet med modellering er ikke formelt startet. Der er dog allerede skaffet en kørende version og kildeteksten til DNDC modellen, som er udviklet af prof. Changsheng Li, University of New Hampshire. Denne model betragtes som state-of-the-art med hensyn til simulering af NO og N₂O emission fra jord. Den har dog ikke været testet for græsmarker. En revideret simpel model for N₂O emission og denitrifikation vil blive implementeret i FASSET, baseret på en udvidelse af den eksisterende model, der bygger på modellen i DAISY. Det er aftalt at lave en sideløbende revision af både FASSET og DAISY modellen, som baserer sig på det arbejde med at revidere modellen for organisk stof i jorden, der foregår i BIOMOD projektet.