Redusert jordarbeiding og jordpakking i

Transkript

1 Redusert jordarbeiding og jordpakking i Till Seehusen (Bioforsk) korndyrking under norske forhold Bakgrunn: Økende kostnader på innsatsfaktorer og ønske om å øke avlingene fører til et behov for effektivisering i det moderne landbruket. Stigende priser for mineralgjødsel og et ønske om å øke innhold av organisk materiale i jorda fører til en økt interesse for bruk av husdyrgjødsel. Maskiner brukt for spredning av husdyrgjødsel er blant de største landbruksmaskinene. Store, tunge maskiner fører til en økt fare for jordpakking, spesielt i dypere jordlag, der skadene ikke kan rettes opp gjennom naturlige faktorer (frost, planterøtter) eller jordarbeiding. Plantenes næringsbehov gjør det nødvendig å bruke husdyrgjødsel til tidspunkter når jorda ofte ikke er lagelig (våren). I tillegg skjer spredning av husdyrgjødsel i økende grad i sammenheng med leiekjøring som avtales på forhånd. Kjøretidspunktet blir da sjelden tilpasset fuktighetsforholdene i jorda. Siden bæreevnen på fuktig jord er redusert, kan kjøring under fuktige forhold fører til alvorlige pakkeskader. Husdyrgjødsel fraktes ofte over lange distanser på asfaltveier og det kan være en utfordring å tilpasse utstyret til kjøring på både asfalt og dyrket mark. Dekkutstyr og lufttrykk blir derfor ofte et kompromiss. Spredning av husdyrgjødsel kan derfor føre til alvorlige, langvarige pakkeskader som kan overstige gevinsten av verdien i husdyrgjødsel. 1

2 For å undersøke konsekvensene av kjøring med gjødselvogn på jordstrukturen ble et pakkeprosjekt etablert våren Prosjektet var et samarbeidsprosjekt mellom Bioforsk Øst Apelsvoll, Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde Christian- Albrechts- Universität Kiel, Norsk landbruksrådgivning Sør Øst og Institutt for plante- og miljøvitenskap, NMBU Ås. Formålet: Formålet med studiet var å undersøke effekten av langvarig jordarbeiding (pløying- P, redusert jordarbeiding- M) på bæreevnen av leirjord og å kartlegge effekten av trafikkering med to forskjellige gjødselvogn (4.1 Mg; 6.6 Mg hjullast) og antall overkjøringer (1x, 10x) på jordparameterne og avlingene. Målingene inkluderer laboratoriemålinger av jordstabiliteten (Precompression- Pc) for å kartlegge bæreevnen ved feltkapasitet (-6 kpa) i matjorda (20 cm) og dypere jordlag (40 and 60 cm). I tillegg ble et kombinert stress-state and displacement transducer system brukt for å måle major principal stress (σ1) og deformasjon av jorda under traktorhjulene i både vertikal og horisontal retninger. Det finnes mange undersøkelser av jordpakking med slikt utstyr fra andre land, men det har blitt gjennomført relativt få pakkeforsøk med såpass store maskiner under norske klima- og dyrkingsforhold. Det var dessuten første gangen at denne typen sensorteknikk ble brukt i Norge. Material og metoder: Forsøksfelt: Forsøkene ble gjennomført på Øsaker, Sarpsborg (59 23`N and 11 02`E) på et eksisterende jordarbeidingsfelt (stiv leire, ufullstendig naturlig dreneringsgrad) med kjent skiftehistorie (10 år med både pløying og redusert jordarbeiding) og rapporterte avlingsdata siden året Maskiner: Kjøringen ble gjennomført med to ulike traktor+ gjødselvogn kombinasjoner (Figur 1). Den «lette», røde ekvipasjen hadde totalvekt på 16 Mg og en hjullast på 4.1 Mg (henger). Slikt utstyr representerer den typiske gjødselvogn på norske gårder. Den «tunge», grønne ekvipasjen hadde totalvekt på 36 Mg og en hjullast på 6.6 Mg (henger). Denne typen utstyr som brukes ofte i sammenheng med leiekjøring også på mindre areal. Begge vogner ble brukt fullastet, med lufttrykk og hastighet etter instruksjonsboken. Lufttrykk og dekkdata finnes i tabell 1. 2 Figur 1: Traktor- gjødselvogn kombinasjoner som ble brukt i forsøket: Venstre sida: Totalvekt 16 Mg, 4.1 Mg hjullast; høyere sida: Totalvekt 36 Mg, 6.6 Mg hjullast. Mg= megagram = tonn. Foto: T. Seehusen

3 Tabell 1. Dekkutsyr, lufttrykk, kontaktflate og kontaktflatetrykk for begge traktor+ gjødselvogn kombinasjoner. Mg= megagram = tonn; M= redusert jordarbeiding, P= pløying Hjullast dekkdimensjon lufttrykk bar kontaktflate kontakttrykk cm 2 kpa M P M P 4.1 Mg front: 650/65R bak: 650/65R henger: 23/ Mg front: 600/70R bak: 710/70R henger: 800/ / Værforholdene: Pakkeforsøket ble gjennomført våren 2011 og det var både tørrere og varmere enn normalt. Vanninnholdet i jorda var mellom 15 % (pløyelaget) og 12 % (dypere jordlag) lavere enn feltkapasiteten (- 10kPa), noe som førte god laglighet. All kjøring ble gjennomført under de samme fuktighetsforholdene. Målingene: Precompression: Det ble foretatt labanalyser av «precompression stress» (Pc), som er et mål for jordstabiliteten. «Precompression» er definert som det stresset (major principal stress- σ1, ex. påført ved overkjøring) et jordsjikt kan motstå uten å ta skade. Dermed kan «Pc» brukes som en grenseverdi for å kartlegge faren for jordpakking. Så lenge det tilførte stresset (σ1) ikke overstiger Pc vil jordstrukturen reagerer elastisk (antatt reversibelt) og ingen skade forventes. I dette tilfellet kan belastningen på jorda aksepteres. Hvis det tilførte stresset derimot overstiger jordas stabilitet (Pc), vil jorda bli påført en pakkeskade (antatt irreversibelt). I så fall bør belastningen på jorda reduseres. Figur 2: Arrangement av SST/DTS sensorene og plasseringen i jorda (Foto: T. Seehusen; Universität Kiel 3

4 «Stress-state and displacement transducer system» (SST/ DTS): For å kunne kartlegge effekten av kjøring på jordstrukturen under traktorhjulene ble det brukt elektronisk sensorteknikk (SST/ DTS) i feltet. Systemet består av tre sensorer som installeres i jorda under traktorhjulene (i dette tilfellet 20, 40 and 60 cm dybde) som registrerer hvordan jordpartiklene klemmes sammen under kjøringen (Figur 2). I tillegg ble en «displacement transducer sensor» (DTS) brukt i 20 cm dybde (Figur 2) for å registrere forflytting av jordpartiklene under overkjøringen. Ved å registrere bevegelsen av sensoren i jorda (Figur 3) er det mulig å skille mellom elastisk (antatt reversibel og uskadelig) og plastisk pakking (antatt irreversibel og skadelig). Figur 3. «Displacement transducer system» (DTS): En sensor i 20 cm dybde registrerer elastisk og plastisk jorddeformasjon under traktorhjulene i både vertikal og horisontal retning (modifisert etter Zink 2009) Dessuten ble det mulig å kartlegge både vertikal (hovedsakelig forårsaket av maskintyngden) og horisontal jorddeformasjon (hovedsakelig forårsaket av bevegelsen av traktorhjulene over jorda) (Figur 3). Figur 4. Uttak av sylinderprøver våren Mye graving i tung leire jord (Foto privat) 4

5 I tillegg til de elektroniske målingene ble det tatt sylinderprøver både før og etter pakking, som ble analysert for jordtetthet, porestørrelsesfordeling, luftpermeabilitet og vannledningsevne. En del av feltet ble pakket hjul-i-hjul med både 4.1 Mg (1x) og 6.6 Mg hjullast (både 1x og 10x kjøring) og avlingene ble analysert i to år etter pakking (2011 og 2012) Resultatene: Resultatene viser at ruta med redusert jordarbeiding (M) hadde 74 % høyere stabilitet (Pc) enn den pløyd ruta (P), mens forskjellene i dypere jordlag var mindre utpreget. All kjøring økte Pc i alle de undersøkte dybdene. Sammenliknet med pløying, førte den høyere Pc i det øverste jordlaget av M ruta til 60 % (lett vogn) og 48 % (tung vogn) reduksjon i major principal stress (σ1) verdiene. Størrelsen på σ1 i det øverste jordlaget var avhengig av trykket under kontaktflaten. Større kontaktflate hjalp til å redusere belastningen i det øverste jordlaget (Se også Figur 7). Figur 5. Resultater fra DTS målingen i vertikal retning. Pløying (P) øverst, redusert jordarbeiding (M) nederst. Lett gjødselvogn (4.1 Mg hjullast) til venstre, tung gjødselvogn (6.6 Mg hjullast) til høyre. Figurene viser elastisk og plastisk jorddeformasjon, i mm og i %, for alle 10 overkjøringer og total plastisk jordpakking (Ʃ) i mm for de forskjellige variantene. Som allerede nevnt, registrerer DTS sensoren elastisk og plastisk jorddeformasjon. Mens den elastiske deformasjonen er antatt å være reversibel, ansees den plastiske delen av deformasjonen som permanent. Det er derfor den plastiske delen av jorddeformasjon som det er viktig å kartlegge. Gjentatt plastisk jordpakking akkumuleres, og kan føre til skadelig, «varig» jordpakking som ofte viser seg i form av skader/ kjørespor på åkeroverflaten. 5

6 Resultatene (Figur 5) viser at all kjøring har ført til både elastisk og plastisk jorddeformasjon, men majoriteten av deformasjonen var elastisk og derfor antakeligvis ikke skadelig. Den første overkjøringen var mest skadelig i noen tilfeller, men all kjøring førte til kumulativ plastisk jordpakking. Høyere hjullast (6.6 Mg) førte til mellom 7 % (pløyd ruta) og 31 % (redusert bearbeidet ruta) økt plastisk jordpakking sammenliknet med lett gjødselvogn (4.1 mg hjullast). Total plastisk jorddeformasjon var redusert med 41 % (lett gjødselvogn) og 19 % (tung gjødselvogn) på ruta med redusert jordarbeiding. Under feltarbeid oppstår det både vertikal jorddeformasjon (mest på grunn av maskintyngden) og horisontal deformasjon (bevegelsen av hjulene og vibrasjonen av maskinene eller arbeid av redskapene i jorda). Resultatene for den horisontale deformasjonen (Figur 6) viser den samme trenden som dataene for den vertikale deformasjonen. Høyere maskinvekt førte til 31 % (pløyd ruta) og 37 % (redusert jordarbeiding) høyere plastisk deformasjon sammenliknet med lett gjødselvogn. Total plastisk jorddeformasjon var redusert med 49 % (4.1 Mg) og 45 % (6.6 Mg hjullast) på ruta med redusert jordarbeiding sammenliknet med den pløyde ruta. Figur 6. Resultater fra DTS målingen i horisontal retning. Pløying (P) øverst, redusert jordarbeiding (M) nederst. Lett gjødselvogn (4.1 Mg hjullast) til venstre, tung gjødselvogn (6.6 Mg hjullast) til høyre. Figurene viser elastisk og plastisk jorddeformasjon i mm og % for alle 10 overkjøringer og total plastisk jordpakking (Ʃ) i mm for de forskjellige variantene. 6

7 Figur 7. Relasjon mellom jordstabiliteten (Pc) for feltkapasitet ( kpa) og tørrere jord (-- -6 kpa) og major principal stress (σ1) (Ø ti overkjøringer for både lett (-) og tung gjødselvogn (-). All stress som overstiger stabiliteten (til høyere sida av stabilitetslinjen) forårsaker en plastisk pakkeskade De to stabilitetslinjene (Figur 7) viser at jordstabilteten (Pc) er høyere og jevnere fordelt gjennom jordprofilen på redusert bearbeidet areal (figuren til høyere) enn på pløyd areal (figuren til venstre). Resultatene viser dessuten at jordfuktigheten er en viktig faktor som påvirker jordstabiliteten (Pc), da stabiliteten er høyere dersom jorda er tørr. Jordpakking kan klassifiseres ved å sette jordstabiliteten (Pc) i relasjon til det påførte stresset (σ1) (overkjøring) som vist i figur 7. Ved feltkapasitet (-6 kpa) ville overkjøring med begge vogner ha oversteget Pc på både pløyd og redusert bearbeidet areal i nesten alle tilfeller og en pakkeskade ned til 60 cm dybde kunne forventes. Tørrere jord (-100 kpa), som vi hadde i forsøksperioden, i kombinasjon med redusert jordarbeiding, ville ha begrenset den skadelige virkningen til de øverste 20 cm hvor skadene kunne eventuelt rettes opp gjennom frost, planterøtter eller jordarbeiding. Jordanalysene viste at all kjøring påvirket jordparameterne i både det øverste og dypere jordlag. Effekten i de dypere jordlagene ble imidlertid delvis overskygget av den høye naturlige jordtettheten (pga. høyt leirinnhold). Resultatene viser skadelig pakking på begge rutene, men ruta med redusert jordarbeiding var mindre påvirket av overkjøringen enn ruta med pløying. Resultatene viste også at gjentatt kjøring med en liten maskin (i samme spor) kan gi større jordpakking enn éngangs kjøring med en stor maskin, hvis maskinen brukes under tørre forhold slik som var tilfelle i dette forsøket. 7

8 Unwheeled reference 1x 4.1 Mg wheel load 1x 6.6 Mg wheel load 10x 6.6 Mg wheel load Unwheeled reference 1x 4.1 Mg wheel load 1x 6.6 Mg wheel load 10x 6.6 Mg wheel load Grain yield (Mg/ha) Treatment P (ploughing) Treatment M (minimum tillage) Figur 8 Avlingene (bygg) for de første to år etter pakking (2011, 2012) i tonn per hektar. P = pløying, M= redusert jordarbeiding Kornavlingene i perioden før pakking (8 år) ble sterkt påvirket av jordarbeiding. Pløying ga mellom 6 % og 24 % større avling enn redusert jordarbeiding. Avlingene etter pakking (figur 8) var påvirket både av tidligere jordarbeiding og av pakkingsintensitet. Første året etter pakking hadde den tidligere pløyde ruta 41 % høyere avling enn ved redusert jordarbeiding. Kjøring én gang på den pløyde ruta ga hhv. 23 % (lett gjødselvogn) og 28 % (tung gjødselvogn) avlingsreduksjon det første året, mens 10 overkjøringer med 6.6 Mg ga 14 % reduksjon. Avlingsreduksjonen på ruta med tidligere redusert jordarbeiding var mellom 63 % (1x kjøring med lett vogn) og 100 % (10x kjøring med tung vogn). En tilsvarende trend ble registrert året Avlingsresultatene støttet derfor ikke teorien om høyere avling ved redusert jordarbeiding pga. mindre pakkeskader. Lavere avling etter redusert jordarbeiding sammenliknet med pløying ble også funnet på et annet felt i nærheten. Dette tyder på at andre faktorer enn jordpakking, som ikke ble undersøkt i denne studien, har vært årsaken til de registrerte avlingseffektene. Anmerkninger: Været i forsøksperioden våren 2011 var mye tørrere enn vanlig og all kjøring ble foretatt under forhold (tørre enn feltkapasitet) som ikke er helt representative for de typiske forholdene tidlig på våren da jorda vanligvis ville være fuktigere. Det kan forventes at de forholdsvis moderate pakkeeffekter funnet i dette forsøket kan forklares med at kjøring skjede under lagelige forhold. Kjøring under fuktigere forhold, som kanskje er mer vanlige om våren, ville sannsynligvis ha ført til et annenledes resultat. 8

9 Sammendrag og praktiske anbefalinger: Langvarig redusert jordarbeiding kan øke stabiliteten i jorda slik at jorda blir mer robust. Men det er viktig at jorda ikke overbelastes (ingen kompromisser på dekkutstyr, vekt, eller kjøretidspunkt) Størst mulig kontaktflate (redusert lufttrykk, brede dekk) hjelper til å minske trykket i pløyelaget. Vekten på utstyret bør reduseres jo høyere hjullast, jo større er faren for pakking, spesielt i dypere jordlag All kjøring på jorda kan føre til skader på jordstrukturen. Det er ikke nødvendigvis den første kjøringen som pakker mest, og pakkeskadene akkumulerer seg. En stor, effektiv maskin trenger ikke å pakke mer enn en liten maskin som kjøres flere ganger i samme spor. Det er derfor viktig å planlegge feltarbeidet nøye, jo mindre kjøring jo bedre. Jordstabiliteten er høyere dersom jorda er tørr, bæreevnen reduseres når jorda er fuktig, belastningen på jorda må derfor reduseres dersom jorda ikke er laglig. Ytterlige Informasjoner: Resultatene beskrevet i dette faktaarket er publisert i to vitenskapelige artikler: I: Traffic-induced soil compaction during manure spreading in spring in South-East Norway. II: Seehusen, T., Riley, H., Riggert, R., Fleige, H., Børresen, T., Horn, R. and Zink, A. Acta Agriculturæ Scandinavica, Section B- Soil & Plant Science (2014), 64: Verification of traffic-induced soil compaction after long-term ploughing and ten years minimum tillage on clay loam soil in South-East Norway. Seehusen, T., Børresen, T., Rostad, B.I., Fleige, H., Zink, A and Riley, H. Acta Agriculturæ Scandinavica, Section B- Soil & Plant (2014), 64: Ovennevnte artiklene er en del av følgende Dr.-grads avhandling: Seehusen, Till (2014): Reduced soil tillage and soil compaction in cereal-growing under Norwegian farming conditions: Studies of compaction risk, soil structure, crop yields, weediness and overwintering of Fusarium Redusert jordarbeiding og jordpakking i korndyrking under norske forhold: Studier av risiko for jordpakking, jordstruktur, kornavlingen, mengde ugras og overvintring av Fusarium 9

10 Framtida: En del av feltet ble pakket hjul-i-hjul med lett (1x kjøring) og tung vogn (både éngangs og ti gangers kjøring) og eksisterer fortsatt. Samarbeidsprosjektet skal fortsettes og det skal tas ytterlige avlingsanalyser for å følge opp avlingseffekten av jordpakking over tid. I tillegg skal det tas nye jordprøver for å kartlegge om jordarbeiding eller naturlige prosesser (frost, planterøtter m.m.) kan hjelpe til å løse opp pakkeskader over tid. Takk: Jeg vil gjerne takke mine medforfattere: Hugh Riley (Bioforsk Øst Apelsvoll), Trond Børresen (NMBU), Heiner Fleige (CAU Kiel), Roland Riggert (CAU Kiel), Alexander Zink (GZP Kiel), Rainer Horn (CAU Kiel) og Bjørn Inge Rostad (NLR Sør Øst) Kontakt: Till Seehusen till.seehusen@bioforsk.no 10