Husdyrgjødsel til biogass, hva skjer med avlinger og jord?

Transkript

1 174 Husdyrgjødsel til biogass, hva skjer med avlinger og jord? Anne-Kristin Løes 1, Reidun Pommeresche 1, Hugh Riley 2 & Anders Johansen 3 1 Bioforsk Økologisk, Tingvoll, 2 Bioforsk Øst, Apelsvoll, 3 Aarhus Universitet, Danmarks miljøundersøgelser, Roskilde anne-kristin.loes@bioforsk.no Anaerob gjæring av husdyrgjødsel kan redusere metanutslipp og forbruk av fossil energi. Ett av foreløpig Nordmøre (Løes 2011). I et biogassanlegg gjennomgår husdyrgjødsel og sert matavfall) en anaerob gjæring. Dette påvirker gjødslas egenskaper. Organisk N omdannes til ammonium (NH 4+ ), og blir lettere tilgjengelig for plantene. Lettløselig karbon i gjødsla omdannes til metan (CH 4 ). Dermed blir det trolig mindre «mat» for jordboende dyr og mikroorganismer i gjødsla som spres på åker og eng. Hvordan vil dette påvirke fruktbarheten i jorda? Dette undersøker Bioforsk og Aarhus Universitet med støtte over jordbruksavtalen og fra Norges forskningsråd, i prosjektet «SoilEffects» (Effects of anaerobically digested manure on soil fertility - establishment of a long-term study under Norwegian conditions). - undersøke langtidseffekter. Forsøksplan og metoder Feltforsøket er inndelt i to vekst-system, varig eng (20 forsøksruter), og åkervekster (20 forsøksruter). Hver forsøksrute er 8 m x 3 m. Enga ble etablert i 2009 med korn som dekkvekst. Åkerdelen ble etablert våren 2011 ved å pløye av en del av enga fra Åkerdelen pløyes hvert år, belgvekster brukes ikke, og alt plantemateriale over vanlig stubbehøyde fjernes. Slik legger vi til rette for nedbrytning av organisk materiale i jorda, for at effekt av gjødselbehandling kan komme tydeligere fram og bli en kontrast til engsystemet. I 2011 dyrket vi havre, i 2012 ble det sådd raigras midt i juni etter en mislykket etablering av fôrraps, og i 2013 dyrket vi vårhvete. Havre og hvete ble høstet som nek ved grønnmodning. Innen hver del av forsøket (eng og åkervekster) er det fem behandlinger. Disse består av to gjødslingsnivå, høy (H) og lav (L) tilførsel av råtnerest (= blautgjødsel behandlet i biogassanlegg, forkortet D for «digested») eller vanlig blautgjødsel (forkortet U, «undigested»), blokker i hvert vekst-system. Det er høyere moldinnhold i engdelen enn i åkerdelen av forsøksfeltet. I øvre jordlag (0-20 cm) var innholdet av organisk materiale målt som glødetap i gjennomsnitt 11,3 % i engdelen (= svært moldrik), og 6,6 % i åkerdelen av forsøket (= moldrik) da forsøket startet. Feltforsøket er lagt på et jorde med siltig mellomsand, med lavt næringsinnhold. Innholdet av ammoniumacetat-laktat løselig fosfor (P-AL) var i gjennomsnitt 2,6 mg per 100 g tørr jord i ph var 5,9, K-AL var 5 og syreløselig K omlag 150 mg per 100 g jord (Løes 2013). Gjødselmengdene til eng er omlag 3 og 6 tonn gjødsel per daa og år (tilsvarer 11 og 22 kg total-n) og til åkervekster omlag 2,5 og 5 tonn per daa og år (8,5 og 17 kg total-n). Det er tillatt å kjøpe inntil 17 kg total- N per daa til en økologisk gård etter EU-reglene, og åker-systemet tilsvarer en økologisk gård uten husdyr. Høyeste gjødselmengde til eng tilsvarer det som vanligvis er tilgjengelig i konvensjonell melkeproduksjon på Nordmøre, mens laveste mengde tilsvarer praksis på Tingvoll gard, med økologisk melkeproduksjon. Gjødsla måles opp og tilføres fra 10 liters kanner påmontert spredeplater (bilde 1). Opprinnelig planla vi å tilføre sammenliknbare mengder gjødsel ved å tilføre like mye P i råtnerest som i blautgjødsel. Imidlertid varierte P-innholdet betydelig mellom parallelle gjødselprøver der verdien var forventet å være lik. Siden N-tilførselen forventes å ha størst utslag på avlingsnivået valgte vi derfor

2 175 spretthaler og mikrobiologi. Jordliv og karbonomsetning beskrives ved å måle akkumulert mikrobiell (phospholipid fatty acids, PLFA). Ulike typer mikroorganismer som sopp, bakterier og strålesopp (actino- sene er gjort er beskrevet i Løes (2013). Resultater Bilde 1. Spredning av gjødsel på forsøksfeltet våren Foto: Sissel Hansen. å tilføre like mengder N per m 2 med råtnerest og med blautgjødsel. Volumet som tilføres hver forsøksrute tilpasses N-innholdet som er målt med kjemisk analyse av total-n (tabell 1), og tilsettes vann slik at væskevolumet blir likt for hver gjødseltype. seinere er jorda undersøkt og analysert for både jordfysikk, næringsinnhold, moldinnhold, meitemark, Gjødslas egenskaper Råtneresten lukter mindre skarpt og mer jordaktig ned i jorda når den spres på eng, og skummer lettere ved pumping og omrøring. Fargen er grågrønn, mens vanlig blautgjødsel er gulbrun. I 2011 ble råtnerest og blautgjødsel hentet fra UMB, og råtningen gjennomført i en 6 m 3 biogassreaktor (Cambi) med hjelp fra Bioforsk Jord og miljø. I 2012 var anlegget på Tingvoll i funksjon, og siden da har vi tatt gjødsel derfra. Korn Tabell 1. Næringsinnhold i blautgjødsel og råtnerest Gjennomsnittlige verdier for 4-6 prøver tatt under lagring og ved mineralsk N = NH 4 Gjødseltype (Antall prøver) TS, % (min.-max.) ph Total- N Andel NH 4 -N, % P K Mg Ca S Aske, % Blautgjødsel 2011 (6) 6,5 (5,1-8,4) 7,6 2,7 63 0,50 3,1 0,45 0, Råtnerest 2011 (4) 4,6 (2,6-6,4) 8,1 2,8 71 0,46 3,1 0,40 0, Blautgjødsel 2012 (5) 3,9 (3,0-5,2) 7,8 2,2 61 0,39 2,5 0,36 0, Råtnerest 2012 (6) 2,7 (1,5-4,5) 7,9 1,6 59 0,33 1,6 0,29 0, Blautgjødsel 2013 (3) 4,8 (4,0-5,8) 7,3 2,4 61 0,43 2,8 0,39 0,92 0,24 1 Råtnerest 2013 (4) 3,1 (1,9-4,2) 7,5 2,1 67 0,33 2,6 0,31 0,80 0,17 0,82 Det er nær sammenheng mellom TS-innhold og innhold av total-n både i blautgjødsel og råtnerest. For 11 prøver av hvert gjødselslag, tatt fra henholdsvis samlekummen i fjøset og biogassanlegget på Tingvoll gard, forklarte TS-innholdet knapt 70 % av variasjonen i total-n for blautgjødsel og råtnerest. Innholdet av total-n kunne da beregnes gjennom TS-innholdet, der x TS innholdet i % + 1,1096 (r 2 = 0,69) og innhold av total-n i råtnerest = 0,2311 x TS + 1,2339 (r 2 = 0,66). Vi forventer at TS innholdet skal være noe lavere, mens andel mineralsk N skal være høyere i råtnerest, og dette stemmer bra for 2011 og For 2012 var det problem med omrøring av gjødsel i samlekummen

3 176 som gikk til biogassanlegget. Forskjeller i TS og andel mineral-n ble derfor små i For svovel (S) er et viktig å passe på at ikke dette næringsstoffet forsvin- biogassprosessen og blir utilgjengelig for plantene. På Tingvoll har vi hatt en del H 2 S i biogassen. Det bekreftes av at analyseverdiene er lavere for S i råtnerest enn i blautgjødsel (tabell 1). Høsten 2013 startet vi med innblåsing av små mengder luft i råtnetanken for å unngå at svovel skulle omdannes til H 2 S. Det er usikkert hvordan dette vil påvirke S-tilgjengeligheten i gjødsla, og dette må følges opp nærmere. Like god avling med råtnerest i eng I enga har vi fått en betydelig avlingsøkning ved gjødsling (tabell 2). Avlingene øker omtrent like mye med råtnerest som med blautgjødsel. Uten gjødsling ble avlingene redusert fra ca. 0,7 til 0,5 tonn tørrstoff (TS) per dekar fra 2011 til 2013 (sum for to slåtter). Med lav gjødsling har sumavlingene ligget på 0,8-0,9 tonn, og med høy gjødsling 0,8 til 1,2 tonn. Avlingsnivået ved gjødsling økte betydelig fra 2011 til Tabell 2. Avlinger i eng ved ulik gjødsling, sum av to slåtter vist som kg tørrstoff per dekar, og relative avlinger der kontrollleddet (N) = 100. N= ingen gjødsling (kontroll), U = ubehandlet blautgjødsel, D= råtnerest («digested», dvs. anaerobt gjæret blautgjødsel), L = lav gjødselmengde, H = høy mengde. Innen hvert år er verdier fulgt av bokstavene a, b og c forskjellige med Behandling Kg TS./daa Rel. Kg TS./daa Rel. Kg TS./daa Rel. N 661a a a 100 UL 805ab b b 197 UH 878b bc b 221 DL 819b b b 201 DH 844b c b 228 Regner vi at 2,5 % av TS i høstet engavling er N i leddet uten gjødsling, har grasavlingene i sum for de tre årene fjernet 42 kg N per daa. Regner vi at 3,5 % av TS er N i gjødslede ledd, har enga også her fjernet betydelig mer N enn det er tilført; ca. 60 kg per daa ved lav gjødsling (tilført 33, fjernet ca. 90) og 40 kg ved høy gjødsling (tilført 66, fjernet ca. 105). N som ikke ble tilført i gjødsel kan være mineralisert fra jorda, eller bundet av kløveren gjennom biologisk Samtidig vil sammensetningen være annerledes ved første slått enn ved andre slått. I forsøket her så vi at andelen av gras ble betydelig høyere, og andelen av kløver og ugras ble mindre, i alle ledd som ble gjødslet. Med sterkere gjødsling ble det lavere andel av kløver (tabell 3), spesielt ved bruk av råtnerest. Gjødsling reduserer kløverandelen av tørrstoffavlinga som utgjøres av gras, kløver og ugras, varierer over tid og påvirkes av gjødsling og mange andre forhold. Ugrasandelen øker ofte over tid, og kan være en viktig grunn til at enga må fornyes. Kløver er mer utsatt for vinterskader enn gras.

4 177 0,05. Behandlinger er forklart i tabell , G/K/Ug 2. års eng 2012, G/K/Ug 3. års eng 2013, G/K/Ug 4. års eng Behandling 1. slått 2. slått 1. slått 2. slått 1. slått 2. slått N UL UH DL DH Åkervekster en utfordring I åkerdelen ble jorda pløyd og harvet, før gjødsla ble spredd og moldet ned for hånd med ei grov jernrive i 2011 og I 2013 brukte vi en horisontalfres til gjødsling (tabell 4). I 2012 og 2013 var avlingsnivået svært lavt. Åkervekstene måtte konkurrere med økende mengder ugras, først og fremst linbendel og kveke, og fra høsten 2012 også tunrapp. Til tross for de lave avlingsnivåene er det interessant å se at vi gjødsel. I gjennomsnitt for lav og høy gjødselmengde tilførsel av råtnerest, 350 kg med blautgjødsel og 300 kg uten gjødsling. Regner vi at 2 % av TS er N i høstet avling uten gjødsling, og 3 % med gjødsling, er det i sum for tre år fjernet ca. 21 kg N per daa i kontrollleddet, og ca. 10 i behandlinger med lav gjødsling (tilført ca. 26, fjernet ca. 35). I behandlinger med høy gjødsling er det sannsynligvis tilført noe mer N enn avlingene fjernet. 51 kg tilført mot 38 kg fjernet gir en differanse på 13 kg per daa. Uten kjemiske analyser av N-innholdet i avling er disse anslagene usikre, men det er sannsynlig at i åkerdelen av forsøket har en del N gått tapt som lystgass. Undersøkelser i 2012 viste akkumulerte lystgassutslipp fra 21. mai til 10. juli på 200 g N 2 O-N per daa for høy mengde råtnerest, 180 for høy mengde blautgjødsel og 110 fra ugjødsla jord (Serikstad 2013). Korn Tabell 4. Avlinger av korn (strå + aks, havre i 2011, hvete i 2013) og raigras (sum av to slåtter i 2012) ved ulik gjødsling vist som kg tørrstoff per dekar, og relative avlinger der kontroll-leddet (N) = 100. Kolonnen «strål. cm» viser strålengde for havre i Behandling Kg TS./daa Rel. Strål. cm Kg TS./daa Rel. Kg TS./daa Rel. N 535a a 223a a 100 UL 580a a 256a a 108 UH 598a ab 275a a 128 DL 560a ab 257a a 128 DH 611a b 264a a 134 Pløying reduserer moldinnholdet Selv om to år er en kort periode for å måle endringer i jord, fant vi en nedgang i glødetap for tre av be- ingen sikre endringer. Det var ikke tegn til at råtnerest virket annerledes enn blautgjødsel med hensyn til moldinnhold i jorda.

5 178 i jorda blir sterkere ved høyere vanninnhold og dermed dårligere lufttilgang. Under reduserende forhold vil ph stige fordi reduksjon «forbruker» hydrogenioner. Jordtemperaturen i 20 cm dyp ved prøvetaking var 7,4 C i 2011, og 5,2 C i Sum nedbør uka før prøvetaking var 3,4 mm i 2011, og dagen før prøvetaking var det ingen nedbør. I 2013 kom det 19 mm nedbør i uka før prøvetaking, og dagen før kom det 6,4 mm. Figur 1. Endringer i moldinnhold i øverste jordlag (0-20 cm) målt som glødetap (%) i de fem gjødselbehandlingene fra 2011 til 2013, i engdelen (grønn og brun søyle) og åkerdelen (blå søyler) av SoilEffects feltforsøket. Statistisk sikre endringer og tendens er vist som * når P < 0,05 og (*) når P < 0,1. Behandlinger er forklart i tabell 2. Mer P i jorda, mindre K ph i jorda økte svakt i alle behandlingene, også der det ikke var tilført noe gjødsel (tabell 5). I gjødslede ledd kan ph stigningen forklares med tilførselen av gjødsel, men når dette også skjedde i ledd uten gjødsling er forklaringen kanskje heller at jorda var noe mer kald og fuktig ved prøvetaking i 2013 enn i Dermed kan red.-oks. forholdene ha bidratt til en høyere ph verdi i 2013, siden reduserende forhold svak økning i ammoniumacetat-laktat løselig P i øvre jordlag (tabell 5). Dette viser at det sannsynligvis er tilført noe mer P med gjødsel enn vi har fjernet i avlinger. Forutsatt et P-innhold på 0,4 kg per tonn gjødsel (tabell 1) er det i sum over tre år tilført 3 eller 6 kg P per daa i åker-delen av forsøket, og 3,5 eller 7 kg til engdelen (med lav og høy mengde gjødsel). Siden avlingene av eng var vesentlig høyere enn i åkerdelen, er det litt overraskende at ikke P-AL verdiene steg mer i åkerdelen enn i engdelen av forsøksfeltet. P-AL innholdet var imidlertid noe lavere på åkerdelen ved start, og ved såpass lave verdier kan det være behov for betydelige P-tilførsler for å heve verdiene. For kalium (K) er det tydelig at det ble tilført mindre K med gjødsel enn plantene tok opp i avling. Det var viser at selv med sterk gjødsling vil gode grasavlinger tære på jordas reserver av kalium. Tabell 5. ph og næringsinnhold i øvre jordlag (0-20 cm) ved forsøksstart våren 2011, sammenliknet med verdier målt våren 2013 prøvepunkt. Konsentrasjoner av fosfor (P-AL) og syreløselig kalium (K-HNO 3 ) i mg per 100 g tørr jord. Sikre endringer i parvis t-test vist som (*) når P < 0,1, * når P < 0,05 og ** når P < 0,01. Behandlinger er forklart i tabell 2 ph P-AL K-HNO 3 Vekst-system Behandling Eng N 5,80 5,98 (*) 2,83 3, UL 5,75 6,03 * 2,68 3,50 * (*) UH 5,85 6,18 * 3,05 4,33 ** DL 5,85 6,08 ** 2,65 3,25 (*) ** DH 5,83 6,10 * 3,13 4,00 * * Åker N 5,83 5,95 * 2,75 2, (*) UL 5,90 5,95 2,18 2, * UH 5,83 5,98 * 2,13 2,63 (*) DL 5,93 6,08 2,13 2,53 * * DH 5,88 6,08 * 2,38 2,93 (*)

6 179 Antall meitemark pr. kvadratmeter Figur 2. Antall meitemark per m 2 i øvre jordlag (0-20 cm) i ulike behandlinger ved ulike tidspunkt. Behandlinger er forklart i tabell 2. Bilde 3. Tre arter spretthaler av «jordboende type» fra SoilEffects-forsøksfeltet. Jordboende arter mangler hoppegaffel og øyne, og har korte antenner. De to øverste er Protaphorura armata (typisk lengde 1,8 mm), de to i midten er Stenaphorura lubbocki (typisk lengde 1 mm) og de to nederste er Mesaphorura macrochaeta (typisk lengde 0,7 mm). Navnet «aphorura» betyr «uten hale». Foto Reidun Pommeresche. Korn Bilde 2. Meitemark som kommer i nærkontakt med bla- kroppen, slutter å bevege seg og blir raskt deformert. Foto: Reidun Pommeresche. Gjødsel - mest bra for meitemarken Gråmeitemark (A. caliginosa) er den mest vanlig på L. terrestris), rosa meitemark (A. rosea), skogsmeitemark (L. rubellus) og enkelte blåmeitemark (O. cyaneum). Meitemarken tåler ikke ammonium i sterke konsentrasjoner, og rett etter gjødsling fant vi mye i Slike mark vil raskt gå i oppløsning (bilde 2). 2 ), fulgt av DH (11), DL (4), UL (2) og N (0). Dette tyder på at blautgjødsel på kort sikt virker minst like negativt på meitemarken som råtnerest. Over tid vil bestanden ta seg opp igjen, og gjødseltilførselen kan virke positivt både ved å øke mattilgangen for meitemarken direkte, og indirekte gjennom økt avlingsnivå med mer rotmasse og visne bladrester. Gråmeitemark spiser seg gjennom jorda og lever av partikler med organisk materiale som er innblandet i jorda. I jordblokker som ble tatt ut ned til 20 cm dyp målte vi både antall mark og vekten av disse i 2011, 2012 og 2013 i ledd med ingen eller høy gjødselmengde, i 2013 også i UL holdt antall mark seg ganske stabilt i kontroll-leddet, på ca. 150 individ per m 2. Dette er ikke spesielt høye verdier til å være i økologisk kløvereng. Med tilførsel av høy mengde blautgjødsel var antall mark jevnt over noe lavere enn i kontroll-leddet. Ved tilførsel av høy mengde råtnerest kan det se ut til at antall mark økte over tid, men endringene var ikke statistisk sikre. Funn av sjelden spretthale Spretthaler (collembola) er en gruppe jordboende dyr som vi kjenner lite til i og på dyrka jord (bilde 3). Vi har undersøkt disse i engdelen av forsøket, i kontrollleddet og ledd med høy gjødsling. Til sammen fant vi 42 ulike arter av spretthaler i forsøksfeltet, og en av disse (Onychiurus edinensis) er tidligere ikke funnet i Norge (Land 2013). Antall individ per arealenhet ble tydelig negativt påvirket av gjødsling, men økte igjen utover sommeren (Pommeresche & Løes 2013).

7 180 Konklusjon Vi har så langt ikke funnet betydelige forskjeller mellom råtnerest og blautgjødsel med tanke på avlinger, jordegenskaper eller jordfauna. Enkelte resultat kan tyde på at råtnerest kan gi bedre avlingsutslag når den blandes godt inn i jorda, men at den også kan gi noe høyere utslipp av lystgass. Det ser også ut som kløver hemmes mer av råtnerest enn av blautgjødsel. Forsøket har imidlertid bare pågått i tre vekstsesonger, og må forlenges før vi kan trekke sikre konklusjoner. Referanser Land, A Ny spretthale art i Norge. Forskning.no Løes, A.-K., Sørheim, K. & Valde, K Gårdsbasert biogassanlegg på Tingvoll til energiproduksjon og utprøving. Bioforsk Fokus 6 (2), s Løes, A.-K., Johansen, A., Pommersche, R. & Riley, H SoilEffects start characterization of the experimental soil. Bioforsk Report vol. 8 (96). Serikstad, G.L., Løes, A.-K., Dörsch, P., Hansen, S., Johansen, A., Pommeresche, R., Riley, H. & Rivedal, S Råtnerest er under test. Økologisk landbruk 3: Pommeresche, R. & Løes, A.-K Spretthaler i kløvereng gjødslet med blautgjødsel og råtnerest. Agropub 23. oktober