Status 2002

Kvælstofdynamik, planteproduktion og biodiversitet i økologiske sædskifter

I det følgende gives en kort status for aktiviteterne i de enkelte delprojekter

• Del 1: Tilpasning af model for undersåede fangafgrøder og kløvergræs i konkurrence med dæksæd
  
• Del 2: Forbedring af model for rodvækst
  
• Del 3: Modellering af omsætning af organisk stof
  
• Del 4: Optimering af modeller
  
• Del 5: Kalibrering, validering og sammenligning
  
• Del 6: Modellering af rhizodeposition i FASSET
  
• Del 7: Udvikling af en ny stoftransport i FASSET
  
• Del 8: Målinger i sædskifteforsøg

Delprojekt 1
Tilpasning af model for undersåede fangafgrøder og kløvergræs i konkurrence med dæksæd

Væksten af tre forskellige typer fangafgrøder (cikorie, kløver og rajgræs) udsået på to forskellige tidspunktet i to forskellige hovedafgrøder (byg og havre) er blevet målt meget intensivt i 2001 og 2002. I 2001 var konkurrencen mellem hovedafgrøde og fangafgrøde meget stor pga. en god forfrugt. Forsøget blev derfor gentaget i 2002 hvor hovedafgrøden ikke pressede fangafgrøden nær så meget. Resultaterne viste at såtidspunktet kan være meget vigtigt for en etablering af en god fangafgrøde. Desuden viste de også betydning af typen af hovedafgrøde, idet havre konkurrerede mere overfor fangafgrøden end byg.


Delprojekt 2
Forbedring af model for rodvækst

Rodvækst af vinterhvede, vårbyg og sukkerroer er blevet målt i 2001 og igen i 2002 på to jordtyper (Årslev og Foulum). Resultaterne viser at de tre afgrøder har meget forskellig roddybde, fra mindre end 1.0 m for byg, til mellem 1.5 og 2.0 m for vinterhvede og over 2.0 m for roer. Disse forskelle skyldes især de store forskelle i vækstperiodens længde, da tilvæksten i roddybde var overraskende ens for de tre afgrøder, i alle tilfælde tæt på 1 mm graddag-1. Tilvæksten i roddybde var hurtigere på lerjorden i Årslev end den var i Foulum, men forskellen var i gennemsnit kun godt 10%. I de kommende måneder vil disse resultater indgå i arbejdet med at fremstille en simpel model for rodvækst.


Delprojekt 3
Modellering af omsætning af organisk stof

Delprojektet fokuserer på modellering af omsætning af organisk stof i to af simuleringsmodellerne, FASSET og Daisy, med særlig vægt på at kunne beskrive jord-plante systemer hvor en stor del af næringsstof-tilførselen sker på organisk form, f.eks. i form af N-fiksering i afgræssede kløvergræsmarker eller i form af husdyrgødning. Formålet var at forbedre og videreudvikle modellen for jorden organiske stofomsætning i DAISY og FASSET. Til dette formål blev der inddraget data fra et meget stort antal eksperimenter, som er samlet i en database.

Der er udviklet et modelkompleks, der kobler databasen til moduler for henh. simulering, optimering og grafisk fremstilling.

Under arbejdet viste det sig at være endnu mere krævende end ventet at konstruere en model der gav tilfredsstillende resultater for korttids-omsætningen af C og N. Et meget stort antal kombinationer af principper og strukturer blev afprøvet, før det medio 2002 lykkedes at konstruere en fuldt tilfredsstillende model. Det var derfor nødvendigt at udsætte den videnskabelige rapportering af arbejdet. Til gengæld har denne proces givet mange interessante resultater, der forventes at bidrage internationalt til modellering af organisk stof.

Modellen er ikke kun ændret i struktur, men indebærer også ændringer i de abiotiske funktioner, herunder særligt lerfunktionen. De nye principper er netop blevet implementeret i både DAISY og FASSET. Den resterende tid skal nu primært anvendes til international publicering.


Delprojekt 4
Optimering af modeller

Fra delprojekt 4 vil detaljerede markdata fra private brug blive anvendt til at optimere og validere modellerne med hensyn til udbytte, N-omsætning, kvælstofudvaskning og biodiversitet. For at skaffe data til validering af modellen for afgræssede kløvergræsmarker og for eftervirkningen af græsmarker gennemføres målinger på to private kvægbrug, på sandjord (Brørup) og lerblandet sandjord (Assentoft). Der er benyttet to marker pr. brug med sædskiftet efter nedenstående diagram. Kløvergræsset har i 2000 været en 2. eller 3. års kløvergræsmark.

I korn er målt planteproduktion ugødet, normal gødet og dobbelt normal gødningsmængde, der måles kun N-udvaskning ved normal gødningsmængde.. Der er gennemført en række målinger, herunder:

• Generelle bedriftsdata
• Anvendte gødningsmængder
• Startkarakterisering af jordprofiler
• Klima
• N-min og mikrobiel biomasse i jorden
• Overjordisk biomasse og udbytte i korn
• Over- og underjordisk biomasse i kløvergræs ved ompløjning
• Udvaskning af N, P, K og DOC
• Regnorm
• N-fiksering og lattergas emission (gennemføres af DINOG projektet)

Delprojekt 5
Kalibrering, validering og sammenligning

Delprojektet har dels til formål at syntetisere og inddrage resultaterne fra de 4 andre delprojekter, dels at kalibrere, validere og sammenligne modellerne på data fra markskala, samt endelig at foretage scenarieanalyser af fremtidens økologiske dyrkningsstrategier.

To af de anvendte modeller, FASSET og Daisy, baserer sig på en semi-mekanistisk beskrivelse af næringsstofpuljerne og deres dynamik, vandbevægelse og afgrødevækst i jord-plante-atmosfære systemet. De 2 modeller er udviklet af henholdsvis DJF merd henblik på bedriftsmodellering og af KVL med henblik på modellering af miljøbelastning fra mark til oplandsskala. Begge modeller indgår i projektet for at sikre maksimal koordination og udnyttelse af begge modellers styrker. Fødenetsmodellen derimod, er baseret på en beskrivelse af jordbundsfaunaen og dennes populationsdynamik, dvs. interaktionerne mellem forskellige niveauer i fødekæden, disse populationers succession og dets betydning for næringsstoffrigørelsen. Fødenetsmodellen hovedrolle i projektet er derfor i) at kunne estimere om forskelle i størrelse og succession af jordbundsfaunaen har en afgørende indflydelse på N omsætningen og plantetilgængelighed af N, og ii) at kunne belyse effekter af forskellige dyrkningsstrategier på biodiversiteten af jordbundsfaunaen.

Delprojektet er inddelt i to faser, i) helmodelskalibrering på eksisterende sædskiftedata (påbegyndt ultimo 2001) og ii) valideriing og sammenligning af modellerne, samt scenarieanalyser (påbegyndt ultimo 2002).

I fase i) er resultaterne af delprojekt 3 blevet indbygget i FASSET og Daisy modellerne og det har derefter været afprøvet hvorvidt den reviderede model for organisk stofomsætning har forbedret modellernes evne til at kunne beskrive økologiske sædskifter og dyrkningssystemer mere korrekt. Dette arbejde pågår p.t. med simulering af et flerårigt forsøg med ompløjning af slættede og afgræssede kløvergræsmarker (FØJOII, I.15) og de foreløbige resultater viser en forbedret beskrivelse af N dynamikken, men at modelbeskrivelsen af såvel den forudgående kløvergræs periode, som den efterfølgende vækst af hovedafgrøde (korn) og efterafgrøde er mindst lige så vigtig for en korrekt simulering. Dette vil være fokus for det videre arbejde med disse modeller i resten af 2002.

Endvidere er der arbejdet med simulering af det økologiske grøntsagssædskifte på Forskningscenter Årslev (FØJOII, I.10), hvor Daisy modellen er anvendt. For at simulere grønsagssædskifter har det været nødvendigt at kalibrere afgrødemoduler for salat, gulerødder og kål og med integrationen af resultater fra delprojekt 3, kan dette arbejde nu fortsættes.

For Fødenetsmodellen er der foregået kalibreringsarbejde af modellen på data fra projekt FØJOI-IV.3 1998/99, hvilket nu gør at modellen kan beskrive disse tilfredsstillende hvad angår jordbundsfaunaens dynamik.

For at muliggøre en model-sammenligning i fase ii), er Fødenetsmodellen endvidere blevet gjort klar til at simulere data fra det flerårige forsøg med ompløjning af slættede og afgræssede kløvergræsmarker (FØJOII, I.15), som de to andre modeller allerede er anvendt på. Der arbejdes med at sammenkoble FASSET og Fødenetsmodellen, således at der på daglig basis udveksles oplysninger og parametre mellem FASSET og Fødenet. Modelleringen af vand, jordfysik og afgrødevækst vil blive foretaget af FASSET, mens omsætningen af næringsstoffer med enten Daisy/FASSET-modulet for organisk stof eller med Fødenetsmodellen, kan sammenlignes for at vurdere om forskelle i størrelse og succession af jordbundsfaunaen har en afgørende indflydelse på N omsætningen og plantetilgængelighed af N. En præliminær sammenligning af Dasiy/FASSET og Fødenetsmodellernes evne til at forudsige udvikling af N på barjord tilført en efterafgrøde viser, at de 2 model-typer forudsiger samme mønster i dynamikken, men at størrelsesordenen af mineralisering henholdsvis immobilisering er forskellig og yderligere kalibreringsarbejde vil derfor være nødvendigt.

I det sidste projektår (2003) er der lagt en meget detaljeret tidsplan for det resterende arbejde med valideriing og sammenligning af modellerne på en række datasæt fra andre FØJO-projekter og fra delprojekt 4 i BIOMOD. Endelig vil arbejdet med scenarieanalyser blive påbegyndt i januar 2003. Projektgruppen planlægger endvidere, i samarbejde med EXUNIT-projektet (FØJOII-IV), at arrangere en international workshop i foråret 2004 med arbejdstitlen "Næringsstofdynamik, afgrødeproduktion og biodiversitet i økologiske sædskifter" og fokus på forståelse af økologiske sædskifters dynamik og vekselvirkninger mellem deres forskellige komponenter.


Delprojekt 6
Modellering af rhizodeposition i FASSET

Delprojektet har til formål at forbedre modelleringen af rhizodeposition i FASSET. Den eksisterende litteratur om rhizodeposition er blevet gennemgået og en ny model for kulstof og kvælstof rhizodeposition er blevet udviklet. En grundlæggende ide bag udviklingen har været, at modellen skal være så simpel som overhovedet muligt. Dette mål er opnået, idet modellen kun indeholder 4 parametre, hvoraf flere er fælles for nogle afgrødetyper. På trods af den simple struktur, har kan modellen simulere de overordnede tendenser fundet i litteraturen. Desuden kan den simulere de ændringer, som er observeret, i C og N translokeringerne i kvælstofstressede planter.

Modeludviklingen er færdig og alle parametre er blevet estimeret. Model detaljerne kan ses på FASSET's homepage (www.fasset.dk).


Delprojekt 7
Udvikling af en ny stoftransport i FASSET

Eksisterende stoftransportmodeller er blevet gennemgået og TeTrans modellen er blevet udvalgt for yderligere testning. Denne model er blevet implementeret i FASSET, og er blevet testet på flere datasæt. Disse data inkluderer litteratur data fra Danmark, Sverige og England. Desuden er der blevet etableret et samarbejde med INRA, som har stillet et stort datasæt med transport af N, klorid og 15N til rådighed. Dette forsøg blev udført på en bar mark, og kan derfor bruges til at studere interaktionerne mellem transportmodellen og den nye N omsætningsmodel udviklet i WP3.


Delprojekt 8
Målinger i sædskifteforsøg

For at skaffe data for effekten af sædskifte og afgrødevalg for C og N omsætning i jorden til brug for validering af modellen blev der i 2001 foretaget målinger i sædskifteforsøget på Foulum. Der er gennemført målinger af CO2-udvikling, mikrobiel biomasse og N-mineralisering i delparceller med bar jord samt forløb af N-optag og biomasse i afgrøder. Målingerne er gennemført i to systemer svarende til to ekstreme tilførsler af organisk stof, dels sædskiftet med kløvergræs, og dels sædskiftet uden kløvergræs og uden efterafgrøde. Begge systemer var ugødede. Der er målt i to kornafgrøder i hvert system i to gentagelser (i alt 8 parceller). Generelt gav behandlinger med et lavt input af organisk stof det laveste score for alle målte parametre, og vinterhvede som forfrugt var signifikant lavere, undtagen for jord respiration og N2O emission, hvor der var en stor rumlig variation.