Noen temaer fra faggruppe JORD. Ta kontakt med faglærerne i gruppa for å diskutere disse og andre tema som dere er interessert i.

Transkript

1 Noen temaer fra faggruppe JORD. Ta kontakt med faglærerne i gruppa for å diskutere disse og andre tema som dere er interessert i. 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 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

2 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 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

3 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 ), trond.haraldsen@bioforsk.no

4 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 trine.sogn@umb.no susanne.eich@umb.no

5 Agronomy for økt mat produksjon Flere masteroppgaver tilknyttet AGROPRO prosjektet Kornproduksjonen er redusert, både i areal og p.g.a. stagnasjon i avlingsnivå. Grovfôr er i økende grad erstattet med innkjøpt kraftfôr. Avlingspotensialet er ikke tatt ut. Samtidig er det en utvikling med økt nedbør og mer ustabilt vær. For å utnytte avlingspotensialet er det behov for et større fokus på de prosesser som foregår i jorda, på rotutvikling og plantevekst og for kjøring med utstyr. Det er behov for å styrke den agronomiske forskningen tilpasset fremtidens klima og produksjonssystemer. AGROPRO har mål om å øke kunnskap om samvirket mellom jord og planter i dyrkingssystemer for høye avlinger, og avdekke flaskehalser for høy grad av næringsutnytting og produktkvalitet. Vi har flere masteroppgaver tilknyttet ulike prosjekter i AGRPRO. Her er noen av dem: Long-term effect of crop rotation on soil fertility: what are the mechanisms? Økt matproduksjon - er vekstskifte passé? See en kort presentasjon av forsøksfeltet her. After 60 year, cereal yields in 2014 was considerably reduced on plots with annual crops only, compared to cereals in rotation with grass-clover leys. The content of the main plant nutrients was good in all plots due to the use of chemical fertilizers, and therefore it cannot be the main reason for the yield reduction. The incidence of plant diseases was also little. The yield differences, on the other hand, were highly related to the content in soil organic matter, soil porosity and aggregate stability, which all were improved by the presence of grass-clover ley in the crop rotation. We have taken soil samples from for further chemical and soil physical analysis and for POT EXPERIMENTS addressing the effect of crop rotation and increased soil organic matter on 1) root development, 2) water availability and 3) the transport of little mobile nutrients to the root surface. All possible mechanisms for the positive effect of rotation with ley on cereal production: has rotation with ley a beneficial effect that cannot be substituted by increased fertilizer application or other management practice? Will rotation with only annual crops lead to more fragile soils, thus to soils more vulnerable to climate change? 30 or 60 ECT Contact person: Marina Azzaroli Bleken marina.bleken@nmbu.no Long-term effect of crop rotation on soil carbon sequestration: what will be the effects of climate change? Karbon lagring i jorda, vekstskifte og klimaendring. See en kort presentasjon av forsøksfeltet her. The contribution to increased atmospheric CO 2 by land use change is comparable to that by fossil fuel consumption. Soil organic matter normally decreases dramatically when a virgin soil is cultivated, releasing CO 2. Therefore, it has been advocated that increased concentration of greenhouse gases can be mitigated by reversing the process and increasing organic matter in cultivated soils, which also increases soil fertility. In our 60 years long-term trial we have seen beneficial effects of rotation with grass-clover ley, compared to annual crops only, both on the crop yield and in the soil organic carbon content. However, soil organic matter is continuously decomposed and mineralized by microorganisms and soil fauna. The decomposition rate is strongly related to

6 temperature, but we don t know whether a temperature increase will have the same effects on all rotations. SOIL INCUBATION EXPERIMENT at different temperature. Contact person: Marina Azzaroli Bleken marina.bleken@nmbu.no Clover survival in grass-clover mixtures: effect of soil increased soil ph through use of silicate rock flour or liming Bidrar høy ph til bedre kløver kløverbestand i kløver-grasblandinger? Bruk av silikater for å regulere ph og som K-gjødsel Clover-grass mixtures have good nutritional quality and usually provide higher yields than grasses alone, with less use of nitrogen fertilizer due to symbiotic biological nitrogen fixation (BNF). However, clover usually lasts shortly. Unnecessary application of nitrogen fertilizer is often a reason. Stronger competition by grasses on soil with low ph could also be a reason, as grasses usually tolerate low ph better than clover. We are establishing a field experiment in order to test the competition between grasses and red or white clover, as well as on BNF, at three different ph levels. To regulate the ph we are testing an innovative method with a silicate rock flour, which has important environmental advantages compared to liming with calcium carbonates. It will also be possible to study the effect of soil ph on the emission of the greenhouse gas N 2O due to BNF. 30 or 60 ECT FIELD EXPERIMENT, possibilities for POT EXPERIMENTS. This experiment is suited for several master thesis of students collaborating on different aspects( e.g. one focusing on plant growth and botanical analysis, one Contact person: Marina Azzaroli Bleken marina.bleken@nmbu.no Functional root depth in herbage production and nutrient use efficiency Effektiv rotdybde til engvekster, og næringsopptak Shallow rooting reduces plants ability to take up nutrients from soils. Yield can be reduced and mobile nutrients as mineral nitrogen can be leached, with negative consequences for the environment. A recent European project has shown that there can be considerable differences in nitrogen use efficiency and risk of nitrogen leaching even between similar species. In particular, both perennial ryegrass and white clover have shown to be less able to recover nutrient below 20 cm depth then red clover is. We know little about the performance of grass species typical in Norwegian leys, as timothy and perennial fescue (engsvingel). A major field trial, with 10 different grasses and ley-legumes in pure stands and in mixtures, was established summer 2014 with the purpose of studying this. We are going to apply stable isotope techniques to measure the depth where roots are active and able to take up nutrients in a substantial amount. 30 or 60 ECT FIELD EXPERIMENT. Possible to take part also in a laboratory study for developing the methods for applying the stable isotopes Contact person: Marina Azzaroli Bleken marina.bleken@nmbu.no

7 Effects of P-concentration on growth: to which extend is this a result of larger leaf area and thus larger light interception, or of higher photosynthesis and thus increased radiation use efficiency Hvordan virker P-mangel inn på plantevekst? This is also part of the Agropro project. This work will be in connection with that of a Ph.D-student looking at the critical P-concentration in plants, that is which concentration in the plant that is sufficient to sustain potential growth. We know that P-concentration may also influence the leaf area and the radiation use efficiency, but we are not know which mecahnism is most important. Such knowledge can help us to plan P-application in a more effective and yet environmental friendly way. The student wil help to register Leaf Area Index, light interception by the canopy and also measure photosynthesis by intact leaves during the growing season. 30 or 60 ECT FIELD EXPERIMENT crop production physiology Contact person: Marina Azzaroli Bleken marina.bleken@nmbu.no Et Columbi egg for å løse problemet «Peak P» Med «Peak P» menes at verden om noen ti-år vil oppleve mangel på fosfor (P). Fosfor er i en viss forstand en «lagerressurs» - en gang i fremtiden nærmer vi oss slutten på drivverdige fosfor-forekomster, prisen på fosforgjødsel vil stige, og dette vil ramme fattige land i tropiske strøk. Jordbruket i tropiske strøk har i utgangspunktet vanskelig for å sikre tilstrekkelig P-tilgang for å oppnå høye avlinger fordi de fleste tropiske jordsmonn er a) fattige på fosfor og b) binder fosfor veldig sterkt (jern-og aluminium oksider). Bindingen fører til at bare en del av det tilførte fosforet blir tatt opp av plantene. Denne mekanismen er også viktig i vårt jordsmonn, og er en grunn til at høy produktivitet forutsetter tilførsel av mer P enn plantene tar. En mulig løsning er å tilføre fosforet i en form som «blokkerer» bindingen til jernaluminium oksider. Vi har foreslått en løsning som går ut på å binde fosforet i en matrix som tillater inn-vekst av røtter, men som holder jordkoloidene ute. Om dette virker, kan det føre til at a) overgjødsling med fosfor blir unødvendig b) kraftig forbedret P-tilgang i tropiske jordsmonn.

8 Vi har gjort noen forsøk med dette i veksthusforsøk. Resultatene var lovende, men vi har ikke hatt tid til å følge opp dette. Vi ønsker en kreativ og «ikke-arbeids-sky» master student som vil ta opp tråden. Prosjektet har stor inovasjonshøyde, og er dermed krevende. Men om man lykkes med å dokumenterer en effekt av dette grepet, er veien åpen for finansiering av et videre utviklingsarbeid, muligvis i samarbeid med industrien. Veiledere: Lars Bakken og Tore Krogstad