BETYDNINGEN AV ORGANISK MATERIALE I JORD. Hugh Riley (NIBIO Apelsvoll) Gjennestad

Transkript

1 BETYDNINGEN AV ORGANISK MATERIALE I JORD Hugh Riley (NIBIO Apelsvoll) Gjennestad

2 Hva betyr moldinnholdet i jorda? Fordeler ved å ha et høyt innhold: Forsyner planteernæring Øker kationombyttingskapasitet Immobiliserer toksiske kjemikalier Gir bedre grynstruktur og laglighet Øker vannlagringsevne og luftveksling Reduserer trekkraftsbehovet ved jordarbeiding Øker jordstabilitet og infiltrasjon (mindre erosjon) Øker absorpsjon av solstråling (raskere oppvarming) Utgjør et sluk for atmosfærisk CO 2 (C-binding) Ulemper ved å ha et høyt moldinnhold: Nedsetter bæreevnen på noen jordarter Fører til kladding på veltefjølen under pløying 2

3 Available water-holding capacity (%) Eksempel på betydningen av moldinnhold for lagring av plantetilgjengelig vann: - stor virkning på LEIRE - liten virkning på SILT Siltjord Leirjord Soil organic matter content (%) Riley 1983

4 Aggregate stability (%) Eksempel på betydningen av moldinnhold for aggregatstabilitet: - avgjørende effekt opp til ca. 6% moldinnhold Siltjord Leirjord Morenejord Soil organic matter (%) Riley 1983

5 Økning i plantetilgjengelig vann ved økende mold (målinger gjort ved oppstarten av dyrkingssystemforsøket på Apelsvoll) Tilgjengelig vann % Forskjellen i vann% mellom 3 og 5% mold utgjør ca. 6 vol% vann I et 25 cm matjordsjikt betyr dette at jorda kan forsyne plantene med 15 mm mer vann Moldinnhold % 15 mm vann tilsvarer det som fordampes fra plantene i løpet av 5-10 dager om sommeren (etter Riley & Eltun 1996) 5

6 Jordas moldinnhold endrer seg over tid Overgang til åker Tilbake til eng Lettomsettelig - halveringstid 0,5-2 år Langsomt omsettelig - halveringstid år Stabilt humus - halveringstid ca 800 år (etter Breland 1992) 6

7 Ulike måter for måling av moldinnholdet i jorda: 1. Organisk karbon: måles ved enkelte laboratorier, bla. NMBU, men er en relativt kostbar analyse. Inngår ikke i f.eks. Eurofins analysepakker. Obs! Det brukes små jordmengder i analysen og det er derfor viktig med stor påpasselighet for å få representative prøver. For dyrka jord regnes som regel moldinnholdet å tilsvare org.karbon * 1,72 2. Glødetap: måles ved forbrenning av jord (Norsk Standard = 550 C), og er en relativt billig analyse som inngår i flere Eurofins analysepakker. En fordel er at det brukes ganske mye jord i analysen, som gir god representativitet, men en ulempe med metoden er at andre stoff enn organisk materiale også blir brent (karbonat, en del av leirstoffene mm. Det nødvendig å korrigere for dette ved omregning til moldinnhold. Eldre korreksjoner av GT (utledet i Sverige men også mye brukt også i Norge): Leirinnhold Korreksjon Sandjord og siltjord 0 15% GT 1% Lettleire 15-25% GT 2% Mellomleire 25 40% GT 2,5% Stiv leire 40 60% GT 3,5% Svært stiv leire > 60% GT 4,5% Obs! Disse kan av og til gi negative tallverdier! 7

8 Noen eksempel på samsvaret mellom moldinnhold og glødetap på steder med ulik spredning i jordas leirinnhold: Mold % (org. karbon * 1,72) Fokhoel gård, Stange (leirinnhold 3-43%) Mold % (org. karbon * 1,72) Apelsvoll gård, Ø.Toten (leirinnhold 4-31%) Tingvoll gård, Nordmøre, (leirinnhold 3-12%) Glødetap % Glødetap % Figurene viser at glødetapstallene alltid er større enn moldinnholdet som er målt ut fra karboninnholdet i samme jordprøve (mold= org. C * 1,72) Avviket er forskjellig på steder med ulikt leirinnhold: - 7% gl.tap = ca. 3,5% mold på Fokhoel (opp til ca. 40% leir) - 7% gl.tap = ca. 4,3% mold på Apelsvoll (opp til ca. 30% leir) - 7% gl.tap = ca. 5,8% mold på Tingvoll (bare opp til 12% leir) Eksempel på korreksjonslikning for Apelsvoll: Mold%= GT*0,81-0,038*Leir-0,7 (R²=0,97) 8

9 Korrigering av glødetap etter likning basert på 455 prøver fra hele landet med 0-65 % leirinnhold: Moldinnhold (%) = 0.74*Glødetap (%) 0.033*Leirinnhold (%) 0.35 (R²=0,91) Leirinnhold: 2,5 % 7,5 % 17,5 % 32,5 % 50,0 % Glødetap 1 % -0,7-0,9-1,0-1,0-1,0 2 % -1,0-1,1-1,4-1,9-2,0 3 % -1,2-1,4-1,7-2,2-2,8 4 % -1,5-1,6-2,0-2,5-3,0 5 % -1,7-1,9-2,2-2,7-3,3 6 % -2,0-2,2-2,5-3,0-3,6 7 % -2,3-2,4-2,7-3,2-3,8 8 % -2,5-2,7-3,0-3,5-4,1 9 % -2,8-2,9-3,3-3,8-4,3 10 % -3,0-3,2-3,5-4,0-4,6 11 % -3,3-3,5-3,8-4,3-4,9 12 % -3,6-3,7-4,0-4,5-5,1 13 % -3,8-4,0-4,3-4,8-5,4 14 % -4,1-4,2-4,6-5,1-5,6 15 % -4,3-4,5-4,8-5,3-5,9 (etter Riley 1996) 9

10 Korrigering av glødetap i dyrket myrjord basert på 27 prøver med ca % glødetap: Moldinnhold (%) = 0.90*Glødetap (%) 1.2 (R²=0,98) Glødetap Korreksjon Mold % 15 % -2,7 12,3 25 % -3,7 21,3 35 % -4,7 30,3 45 % -5,7 39,3 55 % -6,7 48,3 65 % -7,7 57,3 75 % -8,7 66,3 85 % -9,7 75,3 95 % -10,7 84,3 (etter Riley 1996) 10

11 Area (km²) Endringer i bruken av jordbruksarealet: 7 fylker i sørøst Norge (kilde: SSB) Permanent grass Temporary grass Arable crops Åpenåkerarealet har mer enn doblet siden 1950

12 Hvilke faktorer er det som påvirker jordas moldinnhold? Dyrkingssystem (vekstomløp, gjødselbruk osv.) Grøfteintensiteten (temperatur og lufttilgang) Jordarbeidingsintensitet og dybde (lufttilgang og fortynning) Klimaendringer (f.eks. temperatur, snødekke)

13 Endringer i karbon ved ulik andeler korn og eng i omløpet (fra et langvarig forsøk på leirjord på Ås) (Uhlen 1991) Moldet økte i omløp med 2/3 eng + husdyrgj., stabil uten husdyrgj. Moldet gikk noe ned med 1/3 eng, i litt mindre grad med husdyrgj. Moldet gikk ned i rent kornomløp, selv når halmen ble pløyd ned

14 Effekt av husdyrgjødsel og mineralgjødsel på moldinnholdet i et åkeromløp med 3/7 eng (Møystad) Prosent moldinnhold (0-20 cm) 6,0 5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 4,8 4,6 Husdyrgjødsel siden 1922 (n=20) 4,4 Stor NPK mengde siden 1922 (n=4) 4,2 Lav eller ubalansert NPK (n=40) 4,0 Uten gjødsel siden 1922 (n=8) Forskjell husdyrgjødsel ugjødslet = 1,2% mold (0,7% C) Bruk av stor mengde mineralgjødsel har også positiv effekt

15 kg C/ ha Effekt av husdyrgjødsel, halm mv. på jord-c% i svensk langvarig forsøk (Persson & Kirchmann 1994) Årlige endringer : Husdyrgjødsel +430 Halm med N-gjødsel +220 Grønngjødsling +190 Halm uten N-gjødsel +70 Uten halm, med N-gjødsel -100 Uten halm, uten N-gjødsel -220 Helbrakk -310 Organisk gjødsel har stort potensial, men hvor lenge?

16 Effekt av husdyrgjødsel, halm, brakk mv. på mold% etter 30 års bruk på to danske jordtyper med ulikt moldinnhold ved start (Christensen 1990) L.leire Sand Behandling Moldinnhold v. start: 4.4% 0.9% Allsidig omløp, med husdyrgjødsel Ensidig korn, halmen nedpløyd Kløvereng/rotvekster i 3:1 forhold Allsidig omløp, uten husdyrgjødsel Ensidig korn, halmen fjernet Bare radvekster (s.bete, potet mv.) Helbrakk, uten gjødsel Endring avhengig av startnivå

17 Percentage found in soil Varigheten av organiske tilførsler: Kloakkslam som gjenstår i jorda over tid (Ekeberg 2000) Calculated Measured No. of years since application Mengde som gjenstår: etter 5 år: 60% eter 10 år: 35% etter 15 år: 20% etter 25 år: 7%* *likner resultat av Uhlen (1991) for halm-derivert karbon i jord Konklusjon: Best å bruke lite om gangen, men relativt ofte??

18 Økt pløyedybde fortynner moldinnhold: Endring i mold etter 7 år med økt pløyedybde på morenelettleire (Njøs & Ekeberg 1980) Pløyedybde Sjiktdybde 18 cm 28 cm 3-8 cm cm cm

19 Endringer i jordas moldinnhold og jordtetthet: (langvarige forsøk på Hedemarken og i Østfold) 4-8 cm 4-8 cm Pløyd Upløyd 4-8 c m 4-8 c m Pløyd Harvet Direktesådd cm cm c m c m cm cm c m c m Moldinnhold (%) 1 1,2 1,4 1,6 Jordtetthet (kg/liter) Morenejordsfelt (Kise) målt etter 28 år (middel av 17 gjentak) Moldinnhold (%) 1,0 1,2 1,4 1,6 Jordtetthet (kg/l) Leirjordsfelt (Øsaker) målt etter 21 år (middel av 8 gjentak) Konklusjon: Redusert jordarbeiding øker moldinnholdet i det øvre jordsjiktet, men reduserer det i dypere sjikt. For jordtetthet skjer det motsatte. I hele matjordsjiktet blir det omtrent samme moldinnhold totalt sett, men med en endret fordeling Riley 2014 og upublisert

20 Stabilitet (%) Stabilitet (%) Endringer i jordas aggregatstabilitet: mm aggregater mm aggregater Høstpløyd Vårpløyd Vårharvet Med pløying Uten pløying 20 0 Felt 1 Felt 2 Felt 3 0 Siltjord Leirjord Morenejord Morenejordsfelt (Kise) målt etter 32 år Noen nyere felt målt etter bare 3 år Konklusjon: Redusert jordarbeiding øker aggregatstabiliteten betydelig, og dette skjer etter bare noen få år med endret jordarbeiding. Dette gir god erosjonsvern! Lavest stabilitet (< 20%) finnes på pløyd siltjord, men på upløyd jord øker det ofte til 60-90%. Grunn vårpløying har også vist høyere stabilitet enn dyp høstpløying. Riley 2014, Seehusen mfl

21 Annual mean ( C) Days per year Vil klimaendringer påvirke moldinnholdet? Endringer i jordtemperatur og snødekkets varighet Soil temperature at 1 m depth (Kise ) 200 Number of days with snow cover (Kise) y = 0.035x R 2 = y = -0.89x R 2 = Økning = 0.03 pr. år Nedgang = 0.9 dag pr. år

22 SOM (%) Nedgang i jordas moldinnhold i Norge Kise f.gård og spredte felt : (Riley & Bakkegard 2006) Periode Ant. V. start V.slutt Endring/år Kise Felt ~ Changes in SOM at Kise V. high SOM High SOM Medium SOM Tommelfingerregel : Fra 20% til 15% tar 20 år Fra 15% til 10% tar 35 år Fra 10% til 5% tar 100 år Fra 5% til 3% tar 135 år

23 Endringer i mold% på Kise fra 1952 til 2002, gruppert etter startnivå Periode Mold gruppe Antall prøver Mold % v. start Mold% v. slutt t-test p-verdi Relativ endring/år <6% * -0.39% 6-12% *** -1.14% >12% % <4.5% ** +0.56% 4.5-6% n.s % 6-12% *** -1.19% >12% *** -1.96% <4.5% *** -1.26% 4.5-6% *** -1.52% 6-12% *** -1.53% >12% *** -1.40%

24 Distrikt Endringer i mold% på åkerjorder i sørøst Norge mellom 1990 og 2001: Hoved jordart Antall prøver Mold % v. start Mold% v.slutt t-test p-verdi Relativ endring/år Vestfold l.l. / m.l * -0.71% Buskerud l.m. / l.l ** -0.76% Østfold Mellomleire n.s % Aurskog Mellomleire n.s % Romerike si.m.l *** -0.98% Solør Siltjord *** -1.27% Toten Lettleire *** -1.47% Hedmark Lettleire *** -1.81% Alle *** -1.03%

25 Relasjoner av moldnedgangen i åker med ulike driftsfaktorer: - positive relasjoner med høstpløying, høstharving og andel radkulturer - negative relasjoner med leirinnhold, høstkornandel og nulljordarbeiding L o a d i n g P l o t o f S p r i n g c e r e a l s ;... ; S O M d e c l i n e 0, 4 0, 3 S p r i n g c e r e a l s S i l t y s o i l s S e c o n d C o m p o n e n t 0, 2 0, 1 0, 0-0, 1-0, 2 C l a y s o i l s N o a u t u m n t i l l a g e A u t u m n c e r e a l s M a n u r e a m o u n t A u t u m n p l o u g h i n g A u t u m n h a r r o w i n g S O M d e c l i n e R o w c r o p s a n d p e a s - 0, 3-0, 4 G r a s s l e y s M a n u r e u s e S a n d y s o i l s L o a m s o i l s - 0, 5-0, 4-0, 3-0, 2-0, 1 0, 0 0, 1 F i r s t C o m p o n e n t 0, 2 0, 3 0, 4

26 Change in SOM per year (%) Årlig nedgang i moldinnhold i forhold til nivået ved start y = x (R 2 = 0.43 n = 636) N-study fields Kise Res. Stn Kise Res. Stn Kise Res. Stn SOM at start of period (%) Balansepunktet (ingen endring over tid) ligger rundt 3 %

27 Org C% Målte endringer i jordas karboninnhold i ni svenske langvarige forsøk: (Bertilsson 2010) % C = 3% mold Örja Vreta Orup Kungs Högåsa Fjä Eke Bj S Uggl Number of years Moldinnholdet økte litt ved startnivå lavere enn ca. 2.5%

28 Relative % change in SOM Plott av relativ endring i mold% pr. år mot moldnivået ved start: (middel av gruppene i begge studiene) 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0-2, SOM (%) measured at start of period Relativ %endring er proporsjonal med en tidel av mold% v. start (eks. 0.5% ved 5% mold, 2.0% ved 20% mold)

29 SOM in topsoil (%) Moldnedgang over 50 år på Kise: punkt = gruppemiddel målt på Kise prikker = relativ nedgang satt til 1% av mold pr. år streker = relativ %-nedgang satt til 1/10 av mold%

30 Hvor lenge tar det før moldinnhold i norsk åkerjord vil falle til 3%? (dvs. muligens et kritisk lavt nivå ) Mold% v. start én tidel modell fast 1% modell 4% 83 år 29 år 6% 166 år 69 år 10% 232 år 120 år

31 Konklusjoner: Moldinnholdet i norsk åkerjord viser en nedgang over tid, spesielt i områder med et høyt startnivå Den mest effektive måten å øke nivået er å ha mer eng i omløpet (selv om dette ofte er upraktisk/ulønnsomt) Organiske tilsetninger er kostbare, de har kortsiktig effekt og er ofte ikke tilgjengelig på riktig sted Redusert jordarbeiding vil trolig ikke øke jordas totale moldinnhold, med det gir mer mold ved overflaten (som øker jordas stabilitet og reduserer erosjon)

32 Apelsvoll dyrkingssystemforsøk 12 modellgårder på 2,5 daa med 6 ulike system: - 3 åpenåkersystem - 3 grovfôrsystem Jordfysiske analyser ble utført på to jordprofil i hver blokk om høsten i 1988, 2003 og

33 Relative compactness, % of standard Relativ jordtetthet målt i 2003: (uttrykt som % av standard jordpakking v. 200 kpa) Ref 0% ley Opt 0% ley Org 25% ley Opt 50% ley Org 50% ley Org 75% ley Åpenåkersystem viser høyere jordtetthet enn grovfôrsystem

34 Mean weight diameter, mm Middelvektdiameter av aggregater: (summen av vekt % x middeldiameter i hver klasse) Ref 0% ley Opt 0% ley Org 25% ley Opt 50% ley Org 50% ley Org 75% ley Konvensjonell åpenåker (Ref) har klart grovest jordstruktur

35 Stability, percent Aggregatstabilitet i 2003: (% stabile 2-6 mm aggregater etter 2 min simulert nedbør) Ref 0% ley Opt 0% ley Org 25% ley Opt 50% ley Org 50% ley Org 75% ley Lav stabilitet etter høstpløying, høy etter eng / red. jordarbeiding

36 Mold % Endringer i dyrkingssystemforsøket på Apelsvoll 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 Referanse åker (0% eng, høstpløyd) Optimalisert åker (75% fangvekst, vårharvet) Økologisk åker (25% gr.gjødsel, vårpløyd) Konvensjonell husdyr (50% eng) Økologisk husdyr (50% eng) Økologisk husdyr (75% eng) 2, Etter Riley mfl 2008, og upubliserte resultat fra

37 Litt enkel aritmetikk vedrørende CO2 og jordas organiske materiale (mold): 1 kg mold = 0.58 kg karbon = 2.13 kg CO2-ekvivalent Norges CO2 utslipp = 8.5 tonn /person/år = ca. 40 million tonn pr. år for hele befolkningen 1 % mold i 0-15 cm = 1.9 kg mold /m² = 4.0 kg CO2/m² = 40 million tonn CO2 for hele vårt jordbruksareal MEN det tar mange, mange år å øke mold med 1 % Påstand: Å øke jordas moldinnhold gir ingen enkel og rask løsning på problemene med klimaendringer (men det kan være viktig av mange andre grunner!!)

38 Naturlig: Hva er biokull? Forkullede rester fra skogbranner Menneskelaget: Produkt fra termisk nedbryting av biomasse under begrenset O 2 -tilgang (T <700 o C). Høyt C-innhold, hovedsakelig aromatiske forbindelser

39 Ordinær Amazon soil and Terra Preta soil Foto: Bruno Glaser

40 Biomasse vs. biokull Biomasse C 100 % Energiproduksjon Biomasse C 100 % Biomasse C 50 % 100 år Biomasse C 0 % Biomasse C 40 % Lang tids C- binding Mulig tiltak mot klimaendring?

41 Potensial for biokull i Norge? C- lagring av biokull er begrenset av tilgangen ikke av jordas kapasitet Forskningsbehov: Positive virkninger på jordstruktur, binding av næringsstoffer Evt. giftvirkning (PAH)