 |
Sammendrag af resultater
I projektet er der gennemført tre delprojekter:
- Fiksering og udnyttelse af kvælstof
- Strategier for kvælstoftab og -udnyttelse
- Bestemmelse og modellering af kvælstofudvaskning og -eftervirkning
I det følgende gives et kort sammendrag af de enkelte delprojekter.
1. Fiksering og udnyttelse af kvælstof
Arbejdet i dette delprojekt var yderligere opdelt i fire delmål:
1.1 Rumlig og tidslig variation i biologisk kvælstoffiksering i
kløvergræs.
Formålet med denne del af delprojektet var at estimere den tidslige og rumlige variation i N2-fikseringen i kløvergræs under afgræsningsforhold. Endvidere indgik en sammenligning af 15N-isotop fortyndingsmetoden og den naturlige 15N-berigelses metode. Undersøgelserne blev udført på et forsøgsareal ved Forskningscenter Foulum og hos tre landmænd. Den samlede N fiksering var som følge af forskelle i de klimatiske forhold signifikant forskellig i de to år med henholdsvis 128 kg N ha-1 i 1997 og 59 kg N ha-1 i 1998. Der blev endvidere målt en betydelig både rumlig og tidslig variation i den samlede planteproduktion og i andelen af kløver. Der kunne ikke måles signifikante forskellen mellem planteproduktionen i de afgræssede parceller og i de ikke afgræssede referenceparceller. En betydelig rumlig variation blev målt i græssets indhold af total N og i jordens indhold af uorganisk N med variationskoefficienter på op til 322%. Denne rumlige variation synes at være stigende igennem vækstsæsonen. Ligeledes blev der målt en betydelig rumlig variation i pNdfa., som varierede fra 0,3 til 1,0 ved anvendelse af 15N isotop fortyndingsmetoden og fra 0,0 til 1,0 ved anvendelse af forskelle i det naturlige indhold af 15N. En signifikant negativ korrelation mellem N2-fiksering og jordens indhold af uorganisk N og græssets indhold af total-N blev målt. Den samlede reduktion i N2 fikseringen som følge af urin- og gødningsafsætninger i marken udgjorde ca. 6%.
1.2 Omsætning af N i ikke-høstede plantedele
Formålet med dette arbejde var at bestemme omsætningen af N i ikke-høstede plantedele og deres rolle for kvælstoføkonomien i kløvergræsmarker.
Markforsøg viste, at en betydelig mængde N allokeres til kløverens jordstængler (16 % af total N i planten). I denne type markforsøg er det ikke muligt at kvantificere den mængde N der allokeres til rødderne. Jørgensen og Ledgard (1997) fandt, at forholdet mellem N i jordstængler og rødder var ca. 1:0,9. Bruges denne sammenhæng her vil den forventede N-mængde, allokeret til rødder kunne beregnes som 36/0,9 = 40 kg N ha-1. Samlet vil det svare til at ca. 76 kg N ha-1 eller ca. 28 % af den N-mængde der optages i kløverplanterne i en enkelt høstperiode, indbygges i plantedele under normal klippehøjde.
N-pUljen i plantedelene under klippehøjde er ikke fastlagt for resten af vækstsæsonen, og som klimakammerforsøget viste, vil ca. 50 % af denne N-mængde remobiliseres og bruges ved nytilvækst efter afhugning af bladene. Dermed reduceres den N-mængde i gamle rødder og jordstængler, der potentielt kan overføres til jordens organiske N-pulje.
1.3 Vekselvirkning mellem kvælstoffiksering og kalium / fosfor-
forsyning i blandingsafgrøder
Formålet med arbejdet var at bestemme vekselvirkningen mellem biologisk kvælstoffiksering og kalium/fosforforsyning i blandingsafgrøder.
I KVL’s værkstedsareal (udpiningsmarken) i Tåstrup, blev der gennemført et forsøg med hvidkløver og rajgræs i renbestand, samt med hvidkløver-rajgræs og i blanding. Rødkløver blev desuden inddraget i forsøget i begrænset omfang. Forsøgsbehandlinger var N (0, 120 kg ha-1), P (0, 20 kg ha-1) og K (0, 120 kg ha-1). Gennem vækstsæsonen 1998 blev der taget slæt 4 gange, og udbyttet af tørstof, N2 fiksering, samt tørstoffets indhold af P- og K blev bestemt Desuden måltes løbende ændringer i jordens indhold af vand og plantetilgængeligt P og K. Yderligere blev der i udvalgte parceller nedsat PVC-rør (30 cm diameter, 60 cm dybde), hvori plantebestanden bladmærkedes med 15N med henblik på at opnå viden om indflydelsen af kvælstof på konkurrencen om P og K.
I laboratoriet blev et system etableret til on-line målinger af nodulernes nitrogenaseaktivitet. Disse målinger er baseret på nodulernes udskillelse af brint.
I det pågældende projekt har forskningsstrategien været at gennemføre et omfattende markforsøg suppleret med grundlæggende studier under kontrollerede forhold. Denne strategi har været succesfuld, idet den har givet os en større forklaringskraft med hensyn til, hvilke mekanismer de pågældende observationer forårsagede, idet der blev konkluderet følgende:
Rødkløvergræs- og hvidkløvergræsblandinger kan udnytte deres vækstpotentiale under forhold som i øvrigt karakteriseres som ufrugtbare med hensyn til fosfor og kalium. Hverken i blanding eller i renbestand viste rødkløver, hvidkløver eller ren rajgræs synlige symptomer på kalium- eller fosformangel, men de responderede alligevel positivt på både fosfor- og kaliumtilførsel. Kløvers evne til at fiksere atmosfærisk kvælstof opretholdes under faldende fosfor- og kaliumtilgængelighed.
Der er en vekselvirkningen mellem plantens adgang til fosfor, kalium og kvælstof. Konkurrencen om kalium og fosfor vindes tilsyneladende af hvidkløver under lave kvælstofforhold, mens den vindes af græsset under høje kvælstofforhold. Ved at inkludere hvidkløver i systemet - og derved sikre et stort N input til systemet - favoriseres græsset således, at græs, som dyrkes sammen med kløver, i alle situationer producerer mere tørstof og optager mere kvælstof, fosfor og kalium end rajgræs i renbestand.
En direkte bladmærkning af enten hvidkløver eller rajgræs klarlægger den stigende betydning som overførsel af kvælstof fra kløver til græs får for kvælstoføkonomien i en kløvergræsmark. Denne nyudviklede bladmærkningsmetode indikerer at overførsel af kvælstof fra græs til kløver er væsentlig større end hidtil antaget.
Nitrogenase aktiviteten er ikke entydig relateret til hverken planternes fosfor- eller kaliumindhold eller til P- og K-koncentrationen i tørstoffet. Dette indikerer, at reguleringen af kvælstoffikseringen ikke er direkte påvirket af fosformangel, hvilket underbygger observationerne fra markforsøget. Plantens regulering af vækst og fiksering under fosfor eller kalium mangel sker således sandsynligvis på helplanteniveau, og i overensstemmelse hermed findes også en svag relation mellem fikseringen af CO2 og fikseringen af kvælstof.
1.4 Ært og byg dyrket i blanding
Formålet med dette arbejde var at bestemme effekten af plantevækstfaktorer på konkurrencen mellem ært og byg dyrket i blanding, på kvælstoffiksering og udnyttelsen af uorganisk N i blandingsafgrøder.
Markforsøg viser, at byg kan opretholde sin tørstof produktion i byg-ært blandingsafgrøden (IC) selvom plantetallet er reduceres med 50% sammenlignet med dyrkning i renbestand (SC). I blandingen øger byg tørstof produktionen per plante, hvorimod ært har en betydelig reduceret vækst. Kvælstof(N)-fikseringen hos ært i både SC og IC ligger omkring 90-95% af N indholdet akkumuleret i overjordisk biomasse. Byg og ukrudt presser ært til at tilfredsstille sit N behov igennem N-fiksering og ikke via optagelse af jordens N ressourcer.
Markforsøg fra 1998 viser at ukrudt optog omkring 60 kg N ha-1 i ært PS, hvorimod ukrudtet i blandingsafgrøden kun optog omkring 20 kg N ha-1. I blandingsafgrøden benyttes jordens N ressourcer til bygs kerneproduktion, og ikke ukrudt biomasse som i ært PS.
Markforsøg i 1999 viste at 95% af ærts rodsystem befinder sig i 0-25 cm dybde, hvorimod byg har 25-30% af sit rodsystem i dybden 25-75 cm. Ærters rodsystem udnytter formentligt ikke jordens næringsstofreserver så effektivt som byg, hvilket influere stærkt på konkurrenceevnen overfor byg og ukrudt. Det ses også ved, at ært SC efterlader cirka dobbelt så meget uorganisk N i 0-25 cm dybde omkring buskningsfasen sammenlignet med byg SC og IC afgrøden.
Ud fra et forsøg med forskellige ærte- og bygsorter vurderes det, at ærts konkurrenceevne i blandingen kan styrkes ved at vælge middelhøje sorter med determineret vækst og almindelige blade. Valg af bygsort er derimod af sekundær betydning. Derudover var det tydeligt, at dynamikken i blandingen reguleres af jordens uorganisk N indhold, hvor et øget indhold af uorganisk N i jorden reducerer ært-byg ratioen i blandingen.
Indledende forsøg med forskudt såtid viser, at ved eksempelvis at så byg 7 dage efter ært, opnås næsten dobbelt så stor tørstof produktion i ært sammenlignet med samtidig såning. Byg reducerer dog tilsvarende sit udbytte med cirka 30 procent. Denne udsåningsstrategi kan muligvis være et meget brugbart værktøj til at forbedre ærters vækst, og dermed forøge N-fikseringen i blandingen.
Afgrøderesters kemiske kvalitet og mikrobielle nedbrydningsforløb i jord har stor indflydelse på N-økonomien i sædskiftet. Tidligere forsøg har vist, at enårige bælgplanter udnytter uorganisk N i dybere liggende jordlag dårligere end korn, og samtidig medfører den kemiske kvalitet af frøbælgplanters afgrøderester (rhizodeposition, rødder og halm), at der sker en betydelig nettomineralisering af N i jorden om efteråret, hvorimod der efter nedmuldning af kornhalm forekommer nettoimmobilisering af N.
2. Strategier for kvælstoftab og -udnyttelse
Delprojektets hovedmål var at undersøge effekten af forskellige grøngødnings/efterafgrøde strategier på N omsætning, tab og udnyttelse i planteproduktionssystemer uden import af gødning.
I en række laboratorie-inkubationsforsøg med materiale fra forskellige grøngødningsplanter (bælgplanter) og fangafgrøder (ikke bælgplanter), kunne plantematerialernes egenskaber (C/N, cellulose, lignin) kun delvis forklare forskellene i N mineraliseringen og -immobiliseringen under inkubationen. Af de undersøgte faktorer havde plantematerialets C/N-forholdet den største indflydelse på N mineraliseringen. Netto N mineraliseringen fra plantematerialer med en høj andel af let nedbrydelige stoffer blev kun i ringe grad påvirket af temperaturen, mens der var en markant indflydelse på C mineraliseringen. Brutto N immobilisering reduceredes voldsomt ved lav temperatur (3°C) ligesom den generelle mikrobielle aktivitet, medens bruttomineraliseringen i de indledende nedbrydningsfaser foregik næsten uafhængigt af temperatur og mikrobiel aktivitet. Der forekom en klar succession i udviklingen af enzymaktiviteter (invertase og xylanase), nært forbundet med nedbrydningsstadiet.
I markforsøg gennem to vækstsæsoner viste nedbrydningen af forskellige fangafgrøder en klar indflydelse af plantematerialerne og forsøgsåret. Netto N mineraliseringen to måneder efter nedmuldning varierede fra 20 til 120 kg N ha-1. Brutto N mineraliserings- og immobiliseringsrater var flere gange højere end nettoraterne. Den målte N fiksering hos en række 1-årige grøngødningsarter var betydelig (hvadenten der anvendtes differens eller 15N-pool dilution metoden), helt op til 150 kg N ha-1 i de overjordiske plantedele. Markforsøg er gennemført i samarbejde med FØJO-projekt II.2 hvorunder yderligere resultater afrapporteres.
Computersimuleringer med modellen DAISY til fortolkning og generalisering af forsøgsresultater viste, at det var muligt at tilpasse DAISY-modellen til et økologisk sædskifte uden husdyrhold, således at afgrødernes tørstofproduktion og N optagelse kunne simuleres tilfredsstillende igennem hele sædskiftet. Modellen bekræftede tidligere observationer, hvor olieræddike er en fangafgrøde med en meget stor evne til at optage overskydende kvælstof efter høst af en kvælstofrig hovedafgrøde. Simuleringen af et økologisk sædskifte med kvæghold (uden nogen form for kalibrering på data) viste en rimelig simulering af biomasseproduktion og N akkumulering i vårbyg efter nedpløjning af flerårige græsmarker, men overvurderede nitratkoncentrationerne i jordvæsken i 1 m’s dybde voldsomt, i forhold til de målte koncentrationer i sugeceller i den efterfølgende efterårs-vinter periode.
3. Bestemmelse og modellering af kvælstofudvaskning og
-eftervirkning
Formålet med delprojektet var at bestemme og modellere N-udvaskning og -eftervirkning i afgrøder efter ned pløjning af flerårige græsmarker med forskellige forhistorier (alder, sammensætning og N-niveau af afsat husdyrgødning).
I afgræssede kløvergræsmarker sker der en betydelig akkumulering af organisk kvælstof pga. kvælstoffiksering samtidig med, at der kun bortføres en lille del af det fikserede kvælstof i plantemateriale. I nærværende projekt blev skæbnen af græsmarkens store N-pulje efter ompløjning undersøgt. Ugødet kløvergræs (hvidkløver/alm. rajgræs) og gødet ren rajgræs (300 kg N/ha) blev behandlet forskelligt i 1994-96: 1) slæt, 2) afgræsning med malkekøer med lavt N niveau i suppleringsfoder (140 g N/ko/dag) og 3) afgræsning med højt N niveau i suppleringsfoder (300 g N/ko/dag). N-overskuddet forøgedes betydeligt i rækkefølgen: slæt – afgræsset lav N – afgræsset højt N.
For at forbedre synkroniseringen af N-frigivelsen fra grønsværen efter ompløjning og kornets optagelsesprofil, blev der gennemført fræsning forud for pløjning. Formålet var at igangsætte N-mineraliseringen tidligere med større N-tilgængelighed til følge. Fræsning efterfulgt af pløjning forøgede kerneudbyttet med 10-12% og N-optagelsen var forøget med 14% i forhold til pløjningen alene. Øget jordbehandlingsintensitet i foråret kan således have en positiv effekt på udbytte og N-optagelse i korn, og formodes derfor samtidig at kunne bidrage til en mindre nitratudvaskning.
Efter ompløjning af de forskellige typer græsmarker i foråret 1997 blev sået vårbyg med rajgræs efterafgrøde efterfulgt af vårhvede og byg-helsæd i 1998 og 99, ligeledes med rajgræs udlæg. Tilsvarende blev en tilgrænsende mark med forudgående korndyrkning tilsået som reference uden græsforhistorie. Første år efter ompløjning blev der i vårbyg fundet en betydelig forfrugtsværdi af græsmarkerne. På referencemarken med korn som forfrugt, blev opnået et maksimalt udbytte på 53 hkg/ha ved tilførsel af 110 kg N. Hvor græs var forfrugt, blev der uden gødningstilførsel opnået et tilsvarende eller endda højere udbytte. Undtagelsen var rajgræs til slæt, hvor der var negativ forfrugtseffekt. Andet år efter ompløjning blev der i vårhvede fundet en aftagende, men stadigvæk betydelig eftervirkning af græsmarkerne. I gennemsnit var 2. års effekten af afgræsningsmarkerne ca. 50 kg N/ha. Tredje år efter ompløjning var der i vårbyg-helsæd kun en ganske ubetydelig forfrugtsværdi af græsmarkerne i størrelsesordenen 10 kg N/ha.
Den kraftige mineralisering, som ompløjning af kløvergræs bevirker, og som en stor forfrugtsværdi er udtryk for, er desuden en potentiel kilde til udvaskning. Den første vinter efter ompløjning af græsmarkerne var udvaskningen dog begrænset. Kun hvor der i foråret var tilført husdyrgødningskvælstof som supplement til græssets forfrugtsværdi, var der betydelige tab. Hvor der ikke var suppleret med husdyrgødning var rajgræsefterafgrøden effektiv til at opsamle overskydende kvælstof. Overordnet set var udvaskningstabene fra rent græs og kløvergræs sammenlignelige. Forskellen i N-balancen i de forskellige græsforhistorier blev kun udtrykt i rent græs, hvor udvaskningen i begge år blev forøget 3 til 4 gange, når man sammenligner slæt og afgræsning med højt N-niveau i suppleringsfoder.
Det stod klart allerede før projektets start, at der i græsmarkerne var en meget stor pulje af næringsstoffer, som kan frigives ved ompløjning og potentielt udvaskes. Forsøget viste imidlertid, at med korrekt driftledelse (forårsompløjning og brug af fangafgrøder), kan mineralisering af denne pulje give anledning til en betydelig forfrugtsværdi både 1. og 2. år efter ompløjning, uden at nitratudvaskningen forøges væsentligt. Den samlede udvaskning fra et sædskifte afhænger i høj grad af udnyttelsen af N ophobet i græsmarkerne. Udvaskningen kan minimeres, dels ved at indregne græsmarkernes forfrugtsværdi i den efterfølgende afgrødes gødningsplan og således undlade unødvendig suppleringsgødning, og dels ved at anvende effektive efterafgrøder.
Projektets publikationer
|
