kunnskap Grønn Resirkulering av fosfor i slam Grønn kunnskap Anvendt forskning og kunnskapsformidling i alle landsdeler

Transkript

1 Grønn kunnskap Vol.8 Nr Grønn kunnskap Fra 2003 fører vi gode tradisjoner fra Planteforsk Grønn forskning videre og samler våre egne utgivelser i serien Grønn kunnskap. I denne serien bringes forskningsresultater skrevet direkte til praktisk bruk og til undervisning. Hver utgave kan inneholde en eller flere artikler. Det blir et stort antall utgivelser gjennom året, i 2002 var tallet 50. For fullstendig oversikt, bestilling og søk i Grønn kunnskap viser vi til Anvendt forskning og kunnskapsformidling i alle landsdeler Planteforsk er ledende i anvendt forskning og utvikling innenfor planteproduksjon, og et nasjonalt kompetansesenter i plantefaglige spørsmål. 400 medarbeidere har som mål at ny kunnskap skal komme raskt til praktisk nytte i form av konkrete produkter, tjenester og løsninger. Fordi vi har enheter i alle klimasoner er det stor bredde i forskningen, og vår kompetanse strekker seg over fagområder som hagebruk, jordbruk, plantehelse, grøntanlegg, økologisk landbruk, kulturlandskap, bioteknologi, natur og miljø. Resirkulering av fosfor i slam Tore Krogstad, Trine A. Sogn, Arne Sæbø & Åsmund Asdal Planteforsk Hovedkontoret Postboks 100, 1431 Ås Tlf.: , Faks: E-post: headoffice@planteforsk.no

2 Resirkulering av fosfor i slam Tore Krogstad, Trine A. Sogn, Arne Sæbø & Åsmund Asdal Grønn kunnskap Vol. 8 Nr

3 Grønn kunnskap utgis av: Planteforsk, P.b. 100, 1431 ÅS Ansvarlig redaktør: Forskningsdirektør Arne Stensvand Denne utgaven: Planteforsk Apelsvoll forskingssenter, avd. Landvik Fagredaktør: Forsker Åsmund Asdal ISBN ISSN Forsidefoto: Arne Sæbø Grafisk produksjon: Spekter Reklamebyrå as / Trykk: Power Print as Bestilling: Planteforsk Apelsvoll forskingssenter, avd. Landvik Reddalsvn Grimstad E-post: landvik@planteforsk.no Telefon: Telefaks: Pris: NOK 150

4 Forord Avløpslam inneholder mye fosfor og ønsket om effektiv resirkulering av dette til plantenæring var bakgrunn for gjennomføring av prosjektet Resirkulering av fosfor i avløpslam Prosjektet ble igangsatt etter initiativ fra Oddvar Tornes ved Sentralrenseanlegget for Nord-Jæren (SNJ/IVAR) og samordnet med forsøk med alternative renseprosesser ved SNJ. Prosjektet er finansiert med midler fra ORIO-programmet, egeninnsats fra 5 deltagende renseanlegg samt egeninnsats ved utførende forskningsinstitusjoner. Foruten SNJ/IVAR har renseanleggene i Hamar (Hias IKS), Tønsberg (TAU), Sandefjord kommune og Grimstad kommune deltatt i prosjektet. Foruten Oddvar Tornes takkes Vibeke Talstad (IVAR), Bjørn Halvorsen (TAU), Ove Sander (Hias IKS) og John Olav Løkken (Hias IKS) for bidrag til planlegging og gjennomføring av prosjektet. Prosjektet er gjennomført med planteforsøk og laboratorieundersøkelser. Planteforsøkene er utført i veksthus av forskningstekniker Anne Kvitvær ved Planteforsk Særheim. Laboratorieundersøkelser og analysearbeid er utført av avdelingsingeniør Grete Bloch ved Institutt for plante- og miljøvitenskap ved NLH. Prosjektledelse er ivaretatt ved Planteforsk avdeling Landvik. Deltagende forskere står oppført som forfattere av rapporten. Planteforsk Landvik januar 2004 Tore Krogstad Trine A. Sogn Arne Sæbø Åsmund Asdal

5

6 Innhold Sammendrag Innledning Generell bakgrunn for prosjektet og tidligere undersøkelser Målsettinger for prosjektet Begrepsforklaringer Materiale og metoder Vekstforsøk Laboratorieforsøk Karakterisering av jord og slam Måling av kjemisk innhold i plantemateriale Adsorbsjons- og desorbsjonsforsøk jord - slam Resultater og diskusjon Karakterisering av jord og slam Slammets virkning på ph i jorda P-AL og vannløselig P i jorda ved ulike høstetidspunkt i vekstforsøket Slammets virkning på planteopptak og adsorbsjon av P i jorda Utnyttelse av P i slammet sammenlignet med handelsgjødsel Effekten av organisk materiale i slammet på vannløselig P i jorda testet i laboratorieforsøk Miljøpåvirkning Konklusjoner Referanser Vedlegg 1. Fullskalaforsøk med alternative renseprosesser på Sentralrenseanlegget Nord Jæren, IVAR... 39

7

8 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 7 Resirkulering av fosfor i slam Tore Krogstad 1, Trine A. Sogn 1, Arne Sæbø 2 & Åsmund Asdal 3 tore.krogstad@ipm.nlh.no 1 Norges landbrukshøgskole, Institutt for plante- og miljøvitenskap, 2 Planteforsk Særheim forskingssenter, 3 Planteforsk, Apelsvoll forskingssenter avd. Landvik Sammendrag Rensemetoder og bruk av fellingskjemikalier påvirker slammets egenskaper som fosforgjødsel. I ORIO-prosjektet Resirkulering av fosfor i slam ble dette testet i vekstforsøk og i laboratorieforsøk med bruk av slam fra 5 renseanlegg. De undersøkte slamtypene representerer ulike rensemetoder for fosfor (P) og ulik slambehandling. Prosjektet har også omfattet forsøk med alternative rensemetoder og slam på IVARs anlegg på Randaberg. I undersøkelsene har tilførsel av slam påvirket jordas ph, noe som kan påvirke tilgjengeligheten til de vanligste plantenæringsstoffene i jorda. Fosfor i biologisk behandlet slam hadde den samme gjødselverdien som P tilført i form av lettløselig mineralgjødsel, mens P i kalkbehandlet slam hadde høyere gjødselverdi enn tilsvarende tilført som mineralgjødsel. Fosfor i slam felt med Al- og/eller Fe-kjemikalier og uten kalkbehandling hadde lav gjødselverdi. Det ble påvist at organisk materiale i slam til en viss grad kan motvirke at P bindes til overskudd av Fe og Al. Tilførsel av biologisk behandlet slam hadde en positiv effekt på tilgjengeligheten av tilført uorganisk P i jord. Noe av slammet felt med Al eller Fe hadde også en positiv virkning på tilgjengeligheten av uorganisk P, men effekten var betydelig mindre. I et tilfelle hadde slikt slam negativ effekt. Laboratorieundersøkelser

9 8 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) av slam fra IVAR, med 33 % innblanding av biologisk renset slam, hadde høyere innhold av lettløselig fosfor enn tilsvarende slam uten slik innblanding. Beregninger av utnyttingsgrad av gjenværende P i jorda etter høsting viste best ettervirkning av P fra biologisk renset slam og fra kalkbehandlet slam. Det forekom at slam med overskudd av fellingskjemikalier hadde negativ utnyttelsesgrad. Ved anbefalinger om bruk av avløpslam i planteproduksjonen er det ikke nok bare å ta hensyn til hvilke fellingskjemikalier som er benyttet i renseprosessen, en må også ta hensyn til jordas naturlige innhold av plantetilgjengelig P og jordas evne til å binde fosfor. En betydelig akkumulering av total P i overflatejorda ved bruk av slam kan være en potensiell miljørisiko på grunn av transport og tap av partikulært P ved erosjon. 1 Innledning 1.1 Generell bakgrunn for prosjektet og tidligere undersøkelser Både miljø- og ressursmessig er det viktig å sørge for en effektiv resirkulering av fosfor. Fosfor skaper økologisk ubalanse når det slippes ut i resipienter, og det er et kostbart plantenæringsstoff som vi har begrensede mengder av. Internasjonalt er fokus på forskning innen fosforspørsmål igjen økende. Den mest vanlige metoden for å imøtekomme konsesjonskrav til fosfor-rensing i avløpsvann er å felle ut fosfor (P) kjemisk som stabile aluminium (Al) -, jern (Fe)- eller kalsium (Ca) -fosfater. Tidligere undersøkelser i regi av Planteforsk og Institutt for jord- og vannfag ved NLH, i samarbeid med en rekke norske renseanlegg, har vist at til tross for at slam inneholder store mengder P, har det liten effekt som fosforgjødsel (Ugland et al. 1998). Årsaken til dette er at de kjemikaliene som benyttes til å felle P i rensing av avløpsvann binder P så sterkt at P i slammet i liten grad er plantetilgjengelig. Fra forsøkene er det også indikasjoner på at slam med mye fellingskjemikalier kan binde en del av jordas eget P. Også internasjonale studier har vist at fellingskjemikalier i sterk grad påvirker slammets egenskaper som P-gjødsel for planter (Jokinen 1990a, Cox et al. 1997).

10 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 9 Forskjellige resultater fra ulike undersøkelser i Norden har ført til ulike oppfatninger om denne effekten, og det har vært behov for nærmere undersøkelser for under kontrollerte betingelser å avklare sammenhengene mellom fellingskjemikalier og P-binding. Både fra renseanleggenes og brukernes side har det vært ønskelig å utvikle renseprosesser som kan redusere mengdene av, og eventuelt finne alternativer til bruk av fellingskjemikalier i rensingen. Tilpasning av rensekrav for norske renseanlegg til nye retningslinjer i EU-direktiv har gjort utprøving av alternative renseprosesser mer aktuelt (Ødegård 2000). Miljøgevinster i form av et slam med høy verdi som P-gjødsel og derigjennom økt resirkulering av P, er et argument som taler for økt interesse for og adgang til å benytte alternative renseprosesser på anleggene. Det er store forskjeller blant norske renseanlegg, både når det gjelder rensemetoder og bruk av fellingskjemikalier, noe som fører til store forskjeller mellom slamtypene når det gjelder verdi som P-gjødsel. Gjødseleffekt av fosfor i slam fra anlegg som benytter biologiske renseprosesser er ikke tidligere undersøkt i Norge. På grunn av muligheter for endringer i konsesjonskrav startet Sentralrenseanlegget for Nord-Jæren (IVAR) i 2001 planlegging av forsøk med alternative renseprosesser, som man antok ville gi slam med andre bruksegenskaper, herunder høyere innhold av plantetilgjengelig P. En dokumentasjon av dette ville ha betydning for utvikling av prosesser ved norske renseanlegg og derigjennom ha stor betydning for resirkulering av P fra norske avløp. IVAR var ut fra dette initiativtager til planlegging av prosjektet Resirkulering av fosfor i slam. Prosjektet ble planlagt med vekstforsøk og laboratorieundersøkelser av slam fra følgende renseanlegg: Hias IKS, Interkommunalt selskap for Hamar, Stange, Løten og Ringsaker Grimstad kommune Sandefjord kommune TAU, Interkommunalt selskap for Nøtterøy, Tønsberg, Tjøme, Stokke og Re IVAR/SNJ, Interkommunalt anlegg for Stavanger, Randaberg, Sola, Sandnes og Gjesdal

11 10 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) Disse fem anleggene representerer ulike typer renseprosesser, fellingsmetoder og slambehandling. Våren 2003 leverte IVAR også slam fra sin prøvedrift som inneholdt 33% biologisk renset slam og 67% konvensjonelt slam (IVAR 2). Prosjektet ble igangsatt med bevilgning fra ORIO-programmet fra høsten 2001 og ble avsluttet ved utgangen av Foruten bevilgninger fra ORIO er prosjektet finansiert med egeninnsats fra deltagende renseanlegg. 1.2 Målsettinger for prosjektet Målsettinger for prosjektet har vært: Hovedmål: Bidra til økt resirkulering av fosfor i norsk avløpslam Delmål: 1. Dokumentere fosforeffekter av norske slamtyper 2. Bidra til utvikling av tiltak på renseanleggene som gir et slam med stor verdi som fosforgjødsel 1.3 Begrepsforklaringer Fosfor (P) i jord finnes i ulike former og i ulike bindingsforhold, og dynamiske prosesser i jord fører til at bindingsforholdene endres. P bindes (adsorberes) eller frigjøres (desorberes) ihht. kjemiske og fysiske forhold i jorda. Følgende begreper er sentrale i rapporten: Total fosfor (P): Vannløselig P: P-AL: Adsorpsjonskurve: Likevektskonsentrasjon: Adsorpsjonskapasitet: Organisk bundet fosfor pluss uorganisk bundet fosfor. Mengden uorganisk P som kan løses ut fra jord eller slam med destillert vann. Fraksjon av uorganisk P som brukes som mål på innhold av plantetilgjengelig P. Konsentrasjon av P i jordvæska når det har innstilt seg kjemisk likevekt mellom bundet og løst P. Kurve som viser mengden P som er bundet ved ulike konsentrasjoner av P i jordvæska. Den maksimale mengde P som jorda kan binde.

12 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 11 2 Materiale og metoder 2.1 Vekstforsøk Et vekstforsøk med raigras (Lolium perenne) ble utført i veksthus. Vekstmedium var morene- og leirjord med lavt P-innhold. En karakteristikk av jorda er gitt i tabell 1. Jorda ble fylt i 5 liters kontainere med en overflate på m 2. Daglengden i veksthuset ble justert til 18 timer med bruk av tilleggslys tilsvarende 24 µmol m -2 s -1 fra SON/T lamper. Lyset ble slått av på dagtid dersom lyset utenfra var mer enn 244 µmol m -2 s -1. Dagtemperaturen var 18 C og nattemperaturen 15 C. Konsentrasjonen av CO 2 i veksthuset var 360 ppm (naturlig konsentrasjon) og relativ fuktighet var 70%. De 3 første høstingene ble tatt henholdsvis 30, 49 og 73 dager etter spiring. Etter 3. høsting ble pottene satt ved 4 C og 18 timers daglengde i 3 uker for å simulere en hvileperiode mellom to vekstsesonger. De siste 2 høstingene (4. og 5.) ble tatt 42 og 72 dager etter avsluttet hvileperiode. Kjemisk analyse av plantematerialet ble utført på samlet avling fra høsting 1-3 før hvileperioden og på samlet avling 4-5 etter hvileperioden. Jorda fra hver potte ble analysert ved oppstart, etter 3. høsting, etter hvileperioden og ved avslutning av vekstforsøket. Prøver ble tatt med fem prøvestikk fra hver potte med et sylinderbor med diameter 9 mm og jorda ble blandet til en samleprøve. Følgende 7 behandlinger ble brukt i vekstforsøket (slammengder angir vekt i tørrstoff): 1. 0 kg P ha kg P ha -1 som uorganisk P kg P ha -1 som uorganisk P kg P ha -1 som uorganisk P tonn slam ha kg P ha -1 som slam tonn slam ha kg P ha -1 som uorganisk P De 4 første gjødslingsleddene med P i form av uorganisk mineralgjødsel ble tatt med for å lage et referansemateriale for sammenligning av P i slam og P som mineralgjødsel. 20 tonn slam per ha (behandling nr. 5) er i henhold til normal praksis. Ettersom de ulike slamtypene hadde svært ulikt innhold av P ble et ledd hvor slamtilførsel tilsvarende 60 kg P per ha tatt med. Ledd 7, med slam i kombinasjon med uorganisk P-mineralgjødsel, ble tatt med for vurdering av mulige samspilleffekter.

13 12 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) I tillegg ble alle potter tilsatt 240 kg nitrogen (N) ha -1, 240 kg kalium (K) ha -1 og optimale mengder mikronæringsstoffer fra mineralgjødsel. Alle behandlinger ble utført med 3 gjentak. Slammet ble blandet inn i jorda før såing, blant annet for å hindre veksthemming. Rensing og slambehandling på anleggene var følgende: Anlegg Rensing Slambehandling Hias IKS (Stange) Grimstad kommune Sandefjord kommune TAU (Tønsberg) IVAR 1 (Randaberg) Mekanisk rensing med forsedimentering, dernest biologisk rensing med sedimentering før kjemisk etterfelling med Al 3 (SO 4 ) 3 som fellingsmiddel Mekanisk forsedimentering før biologisk P- og N-fjerning Mekanisk/kjemisk renseanlegg uten forsedimentering med aluminiumsbasert PAX21 som fellingsmiddel Mekanisk/kjemisk renseanlegg med FeCl 3 som fellingsmiddel Mekanisk/kjemisk primærfelling med FeCl 3 som koagulant/ fellingsmiddel Termisk hydrolyse (ca o i 20 min.) (Cambi-metoden) før anaerob stabilisering, avvanning i silbåndpresse Avvanning i sentrifuger før reaktorkompostering med flis og ettermodning i ranker utendørs Batchvis pasteurisering (65-70 o i 30 min.) med påfølgende anaerob stabilisering, avvanning i sentrifuge. Hygienisering ved tilsetning av ca 300 kg brent kalk pr. tonn ts slam (ORSAmetoden) Anaerob stabilisering, avvanning i sentrifuger før tørking og pelletering I tillegg har slammet IVAR 2 (kompakte biologiske prosesser (33%) + IVAR 1 (67%)) blitt karakterisert kjemisk og vurdert mot de andre slamtypene ut fra kjemiske laboratorietester, men det har ikke vært med i vekstforsøkene. En nærmere beskrivelse av forsøkene med rensing og slamproduksjon ved anlegget til IVAR er gitt i vedlegg 1. Ulike forhold ved produksjon og behandling av slam kan ha betydning for binding og frigjøring av fosfor i jord og slam. Som det framgår av oversikten over slamtypene som har vært med i undersøkelsene har ulike renseprosesser, inkludert sedimenteringsforhold, fellingsmetoder og midler for P-fjerning samt slambehandlingsmetoder vært representert. 2.2 Laboratorieforsøk Karakterisering av jord og slam ph i jord og i slam ble målt i suspensjoner av jord/slam og destillert vann (1: 2.5, volum/volum). Plantetilgjengelig P (P-AL) ble bestemt i henhold til Egner et al. (1960) hvor jord/slam ble ekstrahert med ammonium acetat lactat løsning (0.1 M ammoniumlactat og 0.4 M eddiksyre, ph 3.75) i forholdet jord/ slam : væske på 1:20 (vekt/volum). Totalt og uorganisk P ble bestemt i henhold til Møberg og Petersen (1982) og organisk P ble beregnet som differansen mel-

14 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 13 lom total P og uorganisk P. Vannløselig P ble målt etter ekstraksjon med destillert vann i forholdet jord/slam : væske på 1:20 (vekt/volum). Jordprøvene ble flokkulert med MgCl 2 før måling av P pga. høy turbiditet i prøvene. Fraksjonering av P bundet til Al, Fe, Ca samt okludert ble bestemt etter metoden til Chang og Jackson (1957), modifisert av Hartikainen (1979). P i alle ekstrakter ble målt spektrofotometrisk som ortho-fosfat etter Murphy og Riley (1962). Total C ble målt på tørre pulveriserte prøver med instrumentet LECO CHN Totalt innhold av magnesium (Mg), Ca, Al og Fe ble målt med AAS etter oppslutning med Aqua Regia ( kongevann = 300 ml HCl og 100 ml HNO 3 fortynnet til 1 l med destillert vann) Måling av kjemisk innhold i plantemateriale Totalinnholdet av P og Fe i plantematerialet ble målt med ICP etter tørrforaskning og oppslutning med Aqua Regia Adsorbsjons- og desorbsjonsforsøk jord - slam For å teste slammets effekt på binding og frigjøring av P ble adsorbsjons- og desorbsjonsforsøk utført på blandinger av jord og slam. 1.5 g jord ble tilsatt henholdsvis 12.5 og 37.5 mg slam. Dette tilsvarte slammengder på 20 og 60 t ha -1. For å få en mest mulig homogen blanding ble 15x mengden jord og slam blandet. Ut fra blandingen ble materiale tilsvarende 1.5 g jord overført til et 50 ml sentrifugerør av polypropylen og tilsatt 37.5 ml løsninger på basis av 0.01 M CaCl 2 og med konsentrasjonene 0, 500, 2500 og µg P/l i form av KH 2 PO µg P/l tilsvarte 30 kg P ha -1. Tilsatt mengde P ble justert for slammets innhold av vannløselig P slik at jord med og uten slamtilsetting kunne sammenlignes direkte. Etter tilsetting av 2 dråper toluen for å minimere effekt av biologisk aktivitet ble suspensjonen ristet 22 t, sentrifugert og sentrifugatet filtrert gjennom 0.45 µm filter før P ble målt etter Murphy og Riley (1962) ml destillert vann ble tilsatt jorda i sentrifugerøret, ristet 2 t, sentrifugert og dekantert over i et begerglass. Prosessen ble gjentatt to ganger slik at det til sammen var 3 desorbsjoner. Væska fra alle desorbsjonssekvensene ble blandet, filtrert og løst P målt i filtratet. Mengden desorbert P ble beregnet i % av mengden adsorbert P. 3 Resultater og diskusjon 3.1 Karakterisering av jord og slam For å sikre en observerbar virkning av tilført P som avløpslam, hadde begge

15 14 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) jordartene i vekstforsøket et relativt lavt naturlig innhold av lettløselig P (vannog AL-løselig) (Tabell 1). Leirjorda var generelt noe mer næringsrik enn morenejorda, hadde en noe høyere ph, et noe høyere innhold av plantetilgjengelig P (P-AL), og et høyere innhold av Al, Fe og Ca. Totalinnholdet av P i de ulike slamtypene varierte fra ca mg kg -1 (TAU) opp til mg kg -1 (Hias). Med utgangspunkt i bruk av 20 tonn tørrstoff avløpslam per ha, som er den største tillatte mengden slam som kan tilføres jord i agronomisk planteproduksjon over en 10-årsperiode, kan det bli tilført mellom 150 og 620 kg P per ha avhengig av hvilken av disse slamtypene som brukes. Vanlig agronomisk praksis i Norge i dag er å tilføre hele den tillatte mengden på 20 tonn som en engangstilførsel. Det betyr at det tilføres svært store mengder P som slam sammenlignet med det som vanligvis tilføres av P via lettløselig mineralgjødsel. For å sikre en bærekraftig planteproduksjon anbefales vanligvis mellom 15 og 30 kg P per ha og år i form av lettløselig P- gjødsel for gras- og kornproduksjon. Tabell 1. Slam- og jordkarakteristika. Hias Grimstad kommune Avløpslam Sandefjord kommune Jord TAU IVAR 1 IVAR 2 Morene Leire Total P (mg kg -1 ) Organisk P (mg kg -1 ) Vannløselige P (mg kg -1 ) P-AL (mg kg -1 ) P bundet til Fe (mg kg -1 ) P bundet til Al (mg kg -1 ) P bundet til Ca (mg kg -1 ) Total Fe (g kg -1 ) Total Al (g kg -1 ) Total Ca (g kg -1 ) Total Mg (g kg -1 ) PH Total C (%)

16 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 15 Bruk av fellingskjemikalier for å fjerne P fra det kommunale avløpsvannet fører til et økt metallinnhold i slamproduktet. Som et resultat av at Al-kjemikalier benyttes i fellingsprosessen ser en i tabell 1 at slammet fra Hias og Sandefjord kommune har store mengder P bundet til Al. I IVAR 1 -slammet hvor Fe-klorid er brukt som fellingskjemikalie, ser en at mye P foreligger bundet til Fe. Totalmengden av P er betydelig lavere i slam fra Grimstad og fra TAU. I det kalkbehandlede slammet fra TAU er en svært stor andel av det totale P bundet til Ca. Kalkbehandlingen gjenspeiler seg også tydelig ved at ph i dette slammet er høy sammenlignet med de andre slamtypene i undersøkelsen. I Grimstad kommune er det gjennomført en biologisk P-fjerning, uten bruk av fellingskjemikalier. Slam fra Grimstad har også en stor andel av P bundet til Al, men sammenlignet på vektnivå (20 tonn ts ha -1 ), som er det mest relevante i gjødslingssammenheng, er mengdene Al-bundet P lavere. Dette slammet har dessuten et høyt organisk innhold sammenlignet med de andre slamtypene, samt et generelt lavere metallinnhold. Innholdet av de lettløselige P-fraksjonene (vann- og AL-løselig P) var også høyest i dette slammet, noe som er en indikasjon på at dette slammet har den største mengden plantetilgjengelig P. Det er også interessant å sammenligne slamtypene IVAR 1 og IVAR 2. I IVAR 2 er det blandet inn 33% slam som er biologisk felt. Vi ser at det har gitt en betydelig økning i organisk P og P-AL. Den biologiske prosesseringen ser altså ut til å kunne gjøre P i IVAR-slammet mer plantetilgjengelig. 3.2 Slammets virkning på ph i jorda Som vist i figur 1 påvirket all slamtilførsel ph i jorda. Som en følge av slammets høye ph gav det kalkbehandlede slammet fra TAU en økning i jordas ph. Tilførsel av de Al- og Fe-rike slamtypene fra Hias, Sandefjord kommune og IVAR 1 førte til en ph-reduksjon i leirjorda, selv om ph i disse slamtypene lå noe høyere eller tilnærmet likt jordas initielle ph. Denne ph-reduksjonen er sannsynligvis en effekt av Fe-og Al-hydroksiddannelse, en prosess som forbruker OH - - ioner og dermed fører til redusert ph. Tilsvarende divergerende ph-effekter refereres også i studier fra andre land, for eksempel av Kirkham (1982) og Joikinen (1990b). Denne trenden var også tydelig i et norsk feltforsøk rapportert av Ugland et al. (1998) hvor Fe/Al-felt slam ble sammenlignet med et kalkbehandlet. Ved bruk av slam i agronomisk planteproduksjon må en ta hensyn til denne ph-effekten. Jordas ph påvirker tilgjengeligheten av de fleste essensielle plantenæringsstoffene. Slamtilførselen kan da indirekte påvirke plantetilgjengeligheten både av jordas egen næringskapital, samt til det som tilføres som gjødsel.

17 16 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) Figur 1. ph i morene- og leirjord målt ved avslutningen av vekstforsøket som en funksjon av tilført mengde P (som uorganisk mineralgjødsel og som ulike typer avløpslam i 3 mengder/ledd).

18 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) P-AL og vannløselig P i jorda ved ulike høstetidspunkt i vekstforsøket Jordprøver for analyse av P-AL og vannløselig P ble tatt ut 3 ganger i løpet av forsøksperioden: Etter 3 høstinger, etter hvileperioden og ved avsluttet forsøk etter totalt 5 høstinger av raigras. Resultatene for P-AL i morenejord og leirjord er vist i henholdsvis figur 2 og 3. Figur 2. P-AL ved ulike tidspunkt for prøvetaking i morenejord tilført ulike mengder slam. 1 = Etter 3 høstinger, 2 = Etter hvileperioden, 3 = Ved avsluttet forsøk. P-AL ved høstetidspunkt 3 ved tilsetting av uorganisk P (uten slam) er vist med stiplede horisontale linjer.

19 18 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) Figur 3. P-AL ved ulike tidspunkt for prøvetaking i leirjord tilført ulike mengder slam. 1= Etter 3 høstinger, 2 = Etter hvileperioden, 3 = Ved avsluttet forsøk. P-AL ved høstetidspunkt 3 ved tilsetting av uorganisk P (uten slam) er vist med stiplede horisontale linjer. Slam som tilføres jord er vanskelig å fordele homogent i jordmassen. For planterøttene som forgreiner seg utover i jorda vil imidlertid dette ha relativt liten betydning for opptaket av P. Dette viser seg også i liten variasjon mellom gjentak på innholdet av P i plantematerialet. For jordprøvene var det større variasjon mellom gjentak, både for P-AL og vannløselig P, noe som gjenspeiler liten homogenitet i jorda. Sammenlignet med tilførselen av uorganisk P er tilførs-

20 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 19 lene av P i slam meget høye. Både for morenejorda og leirjorda er den relative økningen i P-AL ved tilførsel av slam liten sammenlignet med økningen etter ytterligere tilførsel av uorganisk P. En beregning av utnyttelsesgrad blir beskrevet nærmere i kapittel 3 e. For å etterligne vekst over 2 sesonger ble det innlagt en hvileperiode i vekstforsøket etter 3. høsting. For å se om bindingen av P endret seg når det ikke var biologisk aktiv vekst i jorda ble det tatt ut jordprøver før og etter hvileperioden. Ingen av jordtypene viste signifikante endringer i P-AL over hvileperioden for noen av slamtypene, dvs. at det verken ble mobilisert mer plantetilgjengelig P gjennom perioden eller at tilført P inngikk i mer tungløselige former. Det er ikke signifikante forskjeller i P-AL mellom 3. høsting og avslutning av vekstforsøket uansett slamtyper og gjødslingsnivåer. Slamtypene inneholder ulike mengder P på vektbasis med Hias som det P- rikeste (619 kg P/20 t ts slam) og TAU som det P-fattigste (150 kg P/20 t ts slam). Dette gjør det vanskelig visuelt å sammenligne effekter i figurene 2 og 3 hvor slammet er tilført på vektbasis. Ved tilførsel av 60 kg P ha -1 som slam kan imidlertid slamtypene sammenlignes innbyrdes og opp mot tilført uorganisk P-gjødsel. For begge jordtypene har slammet fra Grimstad kommune best effekt sammenlignet med handelsgjødsel, mens de andre slamtypene viser liten effekt på innholdet av plantetilgjengelig P uttrykt i P-AL. Slammets innvirkning på vannløselig P i jorda er vist i figurene 4 og 5. Økt mengde P tilført i handelsgjødsel har ført til økt innhold av vannløselig P i begge jordartene, men i morenejorda er effektene små. I figur 4 er derfor gjennomsnittet over alle handelsgjødselmengder trukket opp som en linje.

21 20 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) Figur 4. Vannløselig P ved ulike tidspunkt for prøvetaking i morenejord tilført ulike mengder slam. 1= Etter 3 høstinger, 2 = Etter hvileperioden, 3 = Ved avsluttet forsøk. Vannløselig P ved høstetidspunkt 3 ved tilsetting av uorganisk P (uten slam) er vist med stiplede horisontale linjer. Hvileperioden har ikke påvirket innholdet av vannløselig P i jorda signifikant uansett jordtype. På morenejorda har alle slamtypene gitt høyere verdier for vannløselig P ved 20 t tilførsel enn ved tilførsel av 60 kg P som slam. Ved kombinasjonen 20 t slam + 60 kg uorganisk P har imidlertid innholdet av vannløselig P sunket til et lavere nivå enn for 20 t slam alene. Målingene er gjort på jord etter at plantene har tatt opp løst P over 5 avlinger, og dette resultatet kan tyde på at når slam tilføres i kombinasjon med mineralsk P-gjødsel øker plantenes utnyttelse av P fra slam (Se Kap. 3.d).

22 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) 21 Figur 5. Vannløselig P ved ulike tidspunkt for prøvetaking i leirjord tilført ulike mengder slam. 1 = Etter 3 høstinger, 2 = Etter hvileperioden, 3 = Ved avsluttet forsøk. Vannløselig P ved høstetidspunkt 3 ved tilsetting av uorganisk P (uten slam) er vist med stiplede horisontale linjer. Ved avslutning av forsøket på leirjorda har alle slamtypene hatt lavest innhold av vannløselig P i leddet med tilførsel av 20 t slam ha -1. Innholdet har vært høyere både ved tilførsel av 60 kg P i slam, selv om dette er en mindre slammengde og ved tilsetting av P i handelsgjødsel i kombinasjon med 20 t slam. Dette er motsatt effekt av det som ble funnet i morenejorda og må mest sannsynlig være en jordartseffekt. Leirjorda har ved oppstart av forsøket både høyere innhold av vannløselig P og P-AL, og gav ingen signifikant avlingsrespons

23 22 T. Krogstad et al. / Grønn kunnskap 8 (7) på økt P-gjødsling i motsetning til morenejorda. Det må derfor antas at leirjorda har større evne til å forsyne plantene med P fra egne reserver og at en kombinasjon av slam og uorganisk gjødsel dermed kan øke innholdet av vannløselig P slik disse resultatene viser. Det ble observert signifikant lavere innhold av vannløselig P i slam fra Sandefjord kommune, TAU og IVAR 1 ved tilsetning av 20 t slam sammenlignet med tilsetning av 60 kg slam-p, selv om sistnevnte mengde gir mindre P. Dette kan skyldes en effekt tilsvarende den som tidligere er påvist i felt hvor det ble konkludert med at overskudd av Fe og Al i slammet reduserte innholdet av vannløselig P i jorda (Ugland et al., 1998). Den negative effekten på vannløselig P ved bruk av slam med høyt innhold av Fe og Al (Hias, Sandefjord kommune, IVAR 1) vises bedre når vannløselig P i jorda tegnes som en funksjon av tilført total P i slammet (figur 6). Som det framgår av figurene har kalkbehandlet slam (TAU ) og kompostert slam (Grimstad kommune) effekter på vannløselig P som er sammenlignbare med handelsgjødsel. Nærmere undersøkelser må til for å finne effekt av jordart på binding og frigjøring av P. Videre er det ikke klarlagt ved hvilket P-AL nivå jorda går over fra å ha en netto binding av tilført P til en netto frigjøring fra egne P-reserver til plantenæring. 3.4 Slammets virkning på planteopptak og adsorbsjon av P i jorda Jorda brukt i forsøket representerer vanlige jordtyper for dyrka mark i Norge. Som vist i figur 7 har jorda stor naturlig evne til å binde tilført løst P. Morenejorda har større maksimal bindingsevne enn leirjorda, men begge jordtypene har et bindingspotensiale til å øke sitt totale P-innhold 2-3 ganger. Tilført P i gjødsel og slam vil derfor kunne bindes sterkt i jorda, noe som er typisk for norsk mineraljord.