Ønsket bakgrunn: Gode basiskunnskaper i jordkjemi, jordanalyser og vannforurensning.

Transkript

1 Fosfor i jord og vann. Fosfor er et makronæringsstoff som planter ikke klarer seg uten dersom de skal ha en normal livssyklus. Fosfor er også vekstbegrensende for alger i ferskvann og avrenning fra jordbruket er en vesentlig kilde til eutrofiering. Fosfor er en begrenset ressurs på verdensbasis og for å ha muligheter til å produsere mat til en stadig økende befolkning er det derfor viktig å hindre at fosfor kommer på avveie. Fosforfraksjoner i jord. Planter og andre organismer i jord er i stor grad avhengig av at P finnes i lett tilgjengelig form. Fosfor er vekstbegrensende for alger i vann og konsentrasjonen av P i vann er bl.a. styrt av P-nivået og bindingsstyrken til P i jorda som vannet passerer. Vi har imidlertid liten oversikt over likevektskonsentrasjonen av P i jordvæska både i dyrka og naturlig jord under ulike betingelser selv om dette er en viktig parameter både med hensyn til plantevekst og forurensning. Det vil også bli utarbeid relasjoner mellom kjemiske parametre i jorda og biotilgjengelig P for planter og alger. Oppgaven vil omfatte felt og laboratoriearbeid. Ønsket bakgrunn: Gode basiskunnskaper i jordkjemi, jordanalyser og vannforurensning. Kontaktperson: Tore Krogstad tore.krogstad@umb.no Sivhøsting som tiltak for å redusere fosforinnholdet i sedimenter I flere innsjøer, f.eks Vansjø, og i dammer er det kraftig sivvegetasjon i litoralsonen og i selve basenget. Målinger viser at sivet kan inneholde betydelige mengder fosfor og dersom det blir høstet kan det bidra til en vesentlig uttapping av fosfor fra sjøen eller dammen. Oppgaven går ut på å ta sivprøver fra ulike lokaliteter i Vansjø eller i dammer og analysere fosforinnholdet i disse og gjøre estimater for hva høstingen kan bety for bedret vannkvalitet på sikt. Det tas også sedimentprøver på stedene hvor sivet høstes og disse analyseres for P-innhold og korreleres mot innholdet i sivet. Positive og negative sider med sivhøsting som tiltak for bedre vannkvalitet vurderes opp mot tradisjonelle tiltak i landbruket på land. Ønsket bakgrunn: Gode basiskunnskaper i planteernæring, jordkjemi/jordanalyser og vannforurensning. Kontaktperson: Tore Krogstad tore.krogstad@umb.no Effekten av organisk jord og myr på vannkvaliteten i landbruksområder Tap av fosfor fra myrjord og annen jord med lavt innhold av mineralmaterialet kan i områder med mye nedbør bidra vesentlig til eutrofiering av vann. I tillegg til tap av næringsstoffer vil det

2 tapes løst organisk materiale (DOC). Høy konsentrasjon av fosfor i kombinasjon med DOC kan øke risikoen for eutrofiering. Myrjord kan også ha en indirekte effekt på vannkvalitet ved at de negativt ladede organiske molekylene vil konkurrere med fosfat om å binde seg i jorda, da i hovedsak til jern og aluminiumsforbindelser i sedimentene. Dersom konsentrasjonen av DOC er høy nok kan til og med fosfor frigjøres fra sedimentene. Med et varmere klima vil omsetningen av organisk materiale øke og det vil medføre økt avrenning av DOC som igjen vil påvirke fosfortapet fra jorda. IPM har et prosjekt sammen med Bioforsk med hovedmålsetning å øke kunnskapen om fosfordynamikken i organisk jord og myr og hvordan slike arealer påvirker vannkvaliteten i områder dominert av landbruk. Ved implementeringen av EU s vannrammedirektiv vil denne kunnskapen være til stor nytte. To hovedaktiviteter som hver for seg kan knytte til seg en mastergradsstudent: 1. Ulike tilsetninger til organisk jord som en metode til å øke bindingen av fosfor Hypotesen er at tilsetning av fosforadsorberende materiale vil redusere avrenningen av P og plantetilgjengeligheten av P i jorda. Videre vil jernrike tilsetninger ha minimal effekt under reduserende forhold. Hypotesene vil bli testet i laboratorieforsøk med jordsøyler med innblanding av ulike tilsetningsstoffer i varierende mengder og i kombinasjon med ulike gjødslingsnivåer for P. Avrenning fra søylene etter vanning måles og det registreres både fosfor og DOC samt avrenning av andre næringsstoffer. 2. Effekten av løst organisk karbon (DOC) på P-avrenning fra dyrka mark Hypotesen er at løste organiske anioner vil konkurrere med fosfor om bindingsplassene på jordog sedimentpartiklene og som resultat øke konsentrasjonen av P i vannet. Hypotesen vil bli testet i laboratorieforsøk med jord og sedimenter med ulikt innhold av fosfor og innhold av leire. DOC vil bli samlet fra vann med et naturlig høyt innhold av løst organisk materiale til bruk i testene. Sedimentprøver fra innsjøer vil bli testet i inkuberingsforsøk i kontakt med vann med varierende mengde DOC hvor utlekking av P måles. I tillegg vil det i denne oppgaven inngå adsorbsjonsstudier på jorda som testes for detaljstudier av fosfordynamikken mellom jord vann og organisk materiale. Ønsket bakgrunn for begge oppgavene: Gode basiskunnskaper i jord- og vannfag og kurs i jord- og/eller vannanalyser. Kontaktperson: Tore Krogstad tore.krogstad@umb.no

3 Jordflytting som tiltak for å opprettholde dyrka areal etter terrenginngrep i jordbruksområder Ved store samferdselsprosjekter som vei- og jernbaneutbygging i jordbruksområder, blir betydelige jordbruksarealer tatt ut av produksjon og erstattet av samferdselsårer. Mens det er en politisk målsetning om å øke kornproduksjon i takt med befolkningsveksten, er det en realitet at kornarealet går ned. Låg (1981) beskrev et areal på Steinberghaugen i Nedre Eiker der jordmasser ble flyttet til et areal med grunnlendt mark, og opparbeidet som fullverdig jordbruksareal. Det er ikke gjennomført noen undersøkelser i etterkant av at Låg beskrev arealet, og det er således av stor interesse å foreta undersøkelser på dette arealet eller lignende areal som er oppbygd ved jordflytting på deponier (som på Bølstad i Ås). Hvordan vil jordflytting og opparbeiding av nye arealer påvirke størrelse og kvalitet på avlingene? Å belyse positive og negative konsekvenser av jordflytting både agronomisk og samfunnsmessig vil bli sentralt i oppgaven. Figur 1. Areal på Stenberghaugen klar for påfylling av jord Kontaktpersoner: Professor Tore Krogstad, IPM Seniorforsker Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Jord og miljø (tlf ), Figur 2. Ferdig opparbeidet jordbruksareal etter flytting av jord tore.krogstad@umb.no trond.haraldsen@bioforsk.no Referanse: Låg, J Omkostninger ved påfylling av jord over fjelloverflate på Stenberghaugen, Nedre Eiker. Jord og myr 5(5):

4 Bruk av biorest i jordblandinger til grøntanlegg Utråtning av matavfall og annet organisk avfall for å lage metan er et viktig klimatiltak og produserer nyttig bioenergi. Etter slik utråtning der det lettest nedbrytbare organiske materialet er omdannet til energirik gass, blir det en suppe med næringsstoffer som kalles biorest. Når en benytter matavfall som råstoff for biogassprosessen, inneholder bioresten mye næringsstoffer og lite tungmetaller og organiske miljøgifter. Utnyttelse av slike restprodukter etter uttak av bioenergi er en viktig oppgave i forskningsprogrammet CenBio, Bioenergy Innovation Centre, WP 1.4 Residues upgrading and use. En av industripartnerne i dette programmet er Oslo kommune Energigjenvinningsetaten, Oslo EGE, som nylig har satt i drift det største biogassanlegget for matavfall i Norge. På dette anlegget behandles bioresten på forskjellige måter; a) brukes direkte som gjødsel etter utråtning, b) separeres i fast og flytende fase, der flytende fase surgjøres og oppkonsentreres til en NKgjødsel og fast fase med organisk materiale anriket på fosfor. Denne faste bioresten bør doseres i forhold til fosforinnholdet, og de fleste anleggene bruker denne i dag i produksjonen av anleggsjord til grøntanlegg. Utfordringen er imidlertid at en lett tilfører for mye slik biorest og oppnår unødvendig høye konsentrasjoner av løselig fosfor i vekstmediet. Som en oppgave innen WP 1.4 i CenBio skal det i 2014 utvikles en jordblanding med bruk av fast biorest fra Oslo EGE. Dette egner seg meget godt som en masteroppgave ved IPM, og innebærer et forsøksopplegg med ulike blandingsforhold av forskjellige aktuelle ingredienser med biorest som hovedfokus (se bilde). Forsøket gjennomføres som vekstforsøk med potter i veksthus hvor både avling og kjemisk innhold i plantemasse og jord måles og vurderes. Kontaktpersoner: Professor Tore Krogstad, IPM Seniorforsker Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Jord og miljø (tlf ), tore.krogstad@umb.no trond.haraldsen@bioforsk.no

5 Bruk av naturlig zeolitt for å øke gjødselverdien av husdyrgjødsel Zeolitt er et mineral (kalsium-aluminium-silikat) som har gode bindingsegenskaper overfor bl.a. ammonium. Ved å blande Zeolitt med husdyrgjødsel ønsker man å binde lett tilgjengelig ammonium for å unngå raskt tap av N ved bruk av husdyrgjødsel (ammoniakk, N-utvasking). Pga. reduserte N-tap er det derfor et potensial for å øke utnyttelsesgraden av N i fra husdyrgjødsel. Temaet er en del av et forskningsprojekt i samarbeid med forskere på Balkan og egner seg meget godt som masteroppgave for en student som ønsker å kombinere studier i jord og planteernæring. Metoder: - N-utvaskingsforsøk i søyler med forskjellige jordtyper. - Vekstforsøk i potter under kontrollerte forhold. Kontaktpersoner: Tore Krogstad Trine Sogn Susanne Eich-Greatorex tore.krogstad@umb.no trine.sogn@umb.no susanne.eich@umb.no

6 MSc oppgaver 2013: Biochar for carbon sequestration and soil quality improvement Biochar is biomass charcoal that, due to its stability in soil, could provide an important tool in the battle against climate change, while simultaneously improving the quality of degraded or polluted soils. Currently many of the underlying mechanisms of the effects of biochar in soils are still unknown, and research has largely been phenomenological. The overall aim of the ongoing UMB-NGI biochar research projects (see below) is to elucidate the mechanisms of biochar s potential to simultaneously sequester carbon, reduce GHG emissions, improve soil fertility and chemically remediate polluted soils in diverse environments. Effect of biochar in soil. Terra preta, Amazonas Background and status of knowledge: Biochar-the principle: Biochar is the charcoal product obtained when biomass (preferably organic waste) is heated without access to oxygen (pyrolysis). In contrast to organic material, biochar is stable for hundreds to thousands of years when mixed into soils, and thus represents carbon that is actively removed from the carbon cycle [Lehmann 2007]. Advantages of biochar: Biochar combines a number of important advantages including i) sequestration of carbon, ii) neutralization of soil acidity, iii) reduction of GHG emissions of CO 2, N 2 O and CH 4, iv) reduction of nutrient leaching, v) immobilization of pollutants. Thus plant biomass leftovers and their carbon are considered a resource instead of a waste.

7 Biochar in acidic soils: Biochar is rich in alkaline components (Ca, Mg, K), which may contribute to neutralization of soil acidity and to decreasing the solubility of phyto-toxic metals like aluminium in soils. There are a few scattered non-mechanistic studies indicating that biochar amendment can result in significant soil improvement and double crop yields [Yamato et al 2006; Masulili et al 2010], attributed to strong reductions in soil acidity and available aluminum. Biochar and soil physics: Biochar has also been shown to be effective in non-acidic soils. Besides increasing nutrient holding capacity, biochar can aid in increasing water holding capacity and thus reduce water stress in plants [Lehmann 2007]. In addition, biochar is hypothesized to give soils a more open, aerobic structure and decrease the number and size of anaerobic microsites where methanogenesis (leading to methane emissions) and denitrification (leading to the GHG nitrous oxide) occur [Rondon 2007; Spokas 2009]. Coupling of soil physical parameters to amendment of different biochars, and release of GHG, is one of the core aims of the project. Reduction of other GHG emissions: N 2 O and CH 4 : As indicated, biochar amendment has been shown to reduce the occurrence of anaerobic conditions in soils, an important prerequisite for the formation of important GHGs like nitrous oxide (N 2 O) and methane (CH 4 ) [Rondon et al, 2007; Yanai et al 2007]. However, exact mechanisms are poorly understood. A better understanding of the GHG reduction potential of biochar, will have widespread implications for the development of climate-friendly strategies and the reclamation of degraded soil. A Msc degree student may pursue research testing one or more of the hypothesized mechanisms behind GHG reduction: i) biochar application to soil leads to a more open, aerobic structure, reducing anaerobic microsites and resulting in a higher redox potential than traditional direct return of crop residue to soil. ii) nitrite and nitrate, which are substrates in the denitrification process, may be sorbed by biochars, thus reducing the potential for N 2 O emission; iii) organic compounds triggering denitrification could be sorbed by biochar. For example, monoterpenes inhibited microbial methane oxidation and denitrification by environmental isolates [Amaral et al 1998]; iv) denitrification stoichiometry (product ratio N 2 O: N 2 ) shifts towards N 2 O at decreasing ph [Liu et al, 2010]. Acid neutralization by alkaline biochar could thus result in a more complete denitrification with more N 2 and less N 2 O formation. Understanding the effects of biochar on GHG emission processes would allow ground-breaking research on several levels including understanding C and N cycles as well as climate change abatement. Knowledge gaps and progress beyond state-of-the-art Although biochar amendment to soil is a promising technique for the simultaneous sequestration of carbon, improvement of soil fertility and immobilization of pollutants, many unresolved issues remain. These include: 1. The effect of biochar on soil physical characteristics is related to water holding capacity and plant available water and potentially related to GHG emissions and needs further study.

8 2. N 2 O and CH 4 from agricultural fields (primarily rice and maize) impact global climate, and biochar can suppress their release. However, the mechanism of suppression of microbially mediated N 2 O and CH 4 evolution by biochar is not understood. 3. There exist few standardized analytical methods for testing chemical characteristic of biochar (e.g. cation exchange capacity). Different methods often give contrasting results associated with a large uncertainty. Comparisons and improvements of different methods (e.g. taking into account the size distribution of biochar as well as amount of soluble ashes) have not been done. 4. The effect of size distribution, mixing in soil and amount of biochar on soil temperature, seed germination and root production is not well understood. charcoal high control maize char high Kontaktpersoner: Gerard Cornelissen Gerard.Cornelissen@ngi.no Jan Mulder (5568) jan.mulder@umb.no Vegard Martinsen (5577) vegard.martinsen@umb.no

9

10 N 2 O emissions from nitrogen-saturated forest throughout China. N2O emissions in China In the last few decades south-east Asia has seen pronounced increases in long-range transported air pollutants, in particular SO 2, NO x and NH 3, due to increased energy consumption and intensification of agricultural production. Current emission and deposition levels represent a threat to both terrestrial and aquatic ecosystems in this region. In collaboration with Chinese partners (Tsinghua University, Beijing, Research center for Eco_Environmental Studies-CAS, Chinese Acad. Forestry, China Agric. University), the Department of Plant and Environmental Sciences, UMB, conducts research on the effect of nitrogen deposition on soils and water in forests in different parts of China. Atmospheric nitrogen deposition levels are high in south China, similar to values found in central Europe, and higher than those reported for North America. In sub-tropical Chinese forest, little of the deposited nitrogen is assimilated and so far, a minor fraction of the deposited nitrogen leaches from soils and enters surface waters. By contrast to Europe and North America, much of the deposited nitrogen in south China is leaving in a gaseous form as N2O, a potent greenhouse gas, due to denitrification. The current project focuses specifically on the regional representativeness of N2O emissions from nitrogen-saturated forests in south China and compares this with nitrogen balances and N2O emissions from Chinese temperate forests. We offer a MSc theses project focusing on various factors affecting potential rates of nitrification and denitrification in the laboratory. Thesis work is flexible and may include various aspects depending on the interest of the student. Much of the work will be done in Norway, some field work in China is optional. For more information contact: Jan Mulder jan.mulder@umb.no

11 Bioenergi: Utnyttelse av biorest fra biogassprosessen til gjødsel i planteproduksjon. Knyttet til temaet fornybar energi og utnyttelse av biomasse til energiproduksjon, ønsker en her å utnytte biprodukter (biorest) fra gassprosessen til ny biomasseproduksjon. Biproduktene fra en gassprosess med biomasse som råstoff inneholder bl.a. plantenæringsstoffer som en ønsker å resirkulere i produksjon av planter. Metode: Karforsøk i klimaregulert vekstrom eller jord- og planteundersøkelser i eksisterende feltforsøk. Jord tilført biorest som gjødsel for planter og jordforbedringsmiddel. Det kan fokuseres på makro- og mikronæringstoffer, event. på skadestoffer, og effekter i jorda (kationenutbyttekapasitet, jordfysiske egenskaper). Kontaktpersoner: Trine Sogn trine.sogn@umb.no Susanne Eich-Greatorex susanne.eich@umb.no

12 Ved Bioforsk Vest Fureneset er det mulig med feltarbeid og materiale til masteroppgåve i prosjektet: Verknad av drenering på jordfysisk tilstand arealproduktivitet, lystgassutslepp og økonomi i grovfôrdyrkinga på Vestlandet (DRAINIMP) To feltforsøk er under etablering i dette prosjektet. Det eine er eit grøftefelt med to ulike grøfteavstandar (6 m og 12 m) i Askvoll kommune i Sogn og Fjordane (figur 1 og 2). Her skal det vere 2 driftssystem der tal slåttar og nivå av jordpakking inngår, i tillegg til 2 nitrogengjødslingsnivå. Det andre er eit felt på omgravd myr under etablering i Fræna kommune i Møre og Romsdal (figur 3 og 4), der ein også har 2 nivå av jordpakking og nitrogengjødsling. Begge stader skal dette samanliknast med tilstanden før grøfting og omgraving. Grunnvasstand, jordfukt og jordtemperatur skal målast, og på dreneringsfeltet også mengde drensvatn. Prosjektet er delt opp i arbeidspakkar og det er mulig å delta på ein eller fleire av desse. Figur 1. Dreneringsfelt i Askvoll med 2 grøfteavstandar ( 6 m og 12 m). Figur 2. Graving av grøfter Figur 3. Omgravingsfelt i Fræna med omgravd myr øverst Figur 4. Prinsippskisse for omgraving av myr. Mineraljorda (sand) vert lagt på toppen og skråstilte lag med mineraljord tener som drenering.

13 Arbeidspakke Mål Datainnsamling/aktivitet AP1. Avling og produktivitet AP2. Jordpakking/ jordfysikk AP3. Klimagassar AP4. Dreneringskriteriar AP4. Lønnsemd i drenering Granske verknaden av drenering på avlingsmengde av gras, fôrkvalitet og N- effektivitet for ulike driftssystem på mineraljord og omgravd torvjord. Granske verknaden av jordpakking på jordfysiske tilhøve på mineraljord og omgravd torvjord som effekt av dreneringsgrad. Granske korleis dreneringsgrad påverkar emisjonen av klimagassar (N 2 O, CH 4 ). Utvikle dreneringskriteriar ved å granske samanhengen mellom hydrologi, avling, N- avrenning og emisjon av N 2 O i høve til dreneringsintensitet. Kvantifisere verknaden av betra drenering på lønsemda i grovfôrproduksjon. Tørrstoffavling Botanisk samansetjing Fôrkvalitet N-innhald i planter N-innhald i drensvatn Sylinderprøver Porestørrelsesfordeling Vasslagringsevne Porevolum Jordtettheit Luftkapasitet Luftpermeabilitet Penetrometermotstand Måling av N 2 O- og CH 4 emisjon på begge feltforsøk året rundt ved bruk av kammermetoden. Kampanjemålingar rett etter gjødsling. Bruke innsamla data til å: # Evaluere kriteriar for optimal grunnvasstand # Kalibrere modellar (t.d. DRAINMOD) for å predikere avling, N-avrenning og N 2 O- emisjon # Utvikle retningslinjer for utforming av dreneringssystem på Vestlandet under noverande og framtidig klima. Bruke innsamla data til å: # Utarbeide kost/nytte-analyse # Undersøkje korleis høve til å få gjort ting til rett tid påverkar lønnsemda # Samanlikne lønnsemda i dreneringstiltak med andre investeringar # Kalkulere korleis storleiken på dreneringstilskotet påverkar lønnsemda. Kontaktperson: Synnøve Rivedal, Bioforsk Vest Fureneset E-post: synnove.rivedal@bioforsk.no Tlf: Kontaktpersoner ved UMB: Peter Dörsch (peter.doresch@umb.no) og Trond Børresen (trond.borresen@umb.no)