Oppkonsentrert biorest som gjødsel til korn

Transkript

1 Haraldsen, T.K. et al. / Bioforsk FOKUS 9 (1) 167 Oppkonsentrert biorest som gjødsel til korn Trond Knapp Haraldsen 1, Eva Brod 1 & Jan Stabbetorp 2 1 Bioforsk Jord og miljø Ås, 2 Romerike Landbruksrådgiving trond.haraldsen@bioforsk.no Flytende biorest av matavfall er i utgangspunktet en god korngjødsel, men er i likhet med blautgjødsel lite konsentrert. Ved å tilsette svovelsyre og oppkonsentrere flytende biorest og fordampe vann tapes ikke ammoniakk og gjødsla får en virkning på linje med mineralsk NPK-gjødsel. Innledning I de senere år er det gjennomført en rekke forsøk med flytende biorest av matavfall som gjødsel til korn, som viser at slik gjødsel har god effekt (Haraldsen et al. 2011, Kristoffersen et al. 2011, 2012, 2013). Hoveddelen av nitrogenet i flytende biorest er ammonium-n, som lett kan tapes til atmosfæren etter spredning dersom en ikke oppnår rask nedmolding eller foretar nedfelling av gjødsla. Ved anlegget til Oslo kommune, Energigjenvinningsetaten (Oslo EGE) i Nes skilles flytende biorest i fast og flytende fase. Den flytende fasen surgjøres med svovelsyre til ph rundt 5 og oppkonsentreres ved inndamping. Den faste bioresten inneholder mesteparten av det grovpartikulære materialet i bioresten, og nitrogenet i dette er først og fremst organisk bundet. Dessuten er hoveddelen av fosforet å finne i den faste fraksjonen (tabell 1). I denne artikkelen omtales resultatene fra et potteforsøk og et fastliggende feltforsøk hvor gjødseleffekten av ulike biorest-produkter sammenlignes. Som gjødsel ble det benyttet flytende biorest, oppkonsentrert surgjort biorest, fast biorest i kombinasjon med mineralsk NK-gjødsel og mineralsk NPK-gjødsel. Tabell 1. Kjemiske analyser av biorestene som ble brukt i potteforsøk og feltforsøk i 2012 TS % Total N NH4-N P K Uavvannet biorest ,5 0,96 3,3 Fast biorest 19 7,9 1,1 1,2 0,61 Oppkonsentrert 20 % 20 7,0 6,7 0,11 3,2 Oppkonsentrert 28 % 28 7,1 6,2 0,12 3,4 Materiale og metoder Siden anlegget til Oslo EGE ikke var kommet i gang da forsøkene ble gjennomført, ble det benyttet gjødsel fra Mjøsanlegget på Lillehammer. I potteforsøket ble følgende gjødseltyper sammenlignet: flytende uavvannet biorest (uavvannet), fast biorest+yara OPTI- NK (fast + NK), oppkonsentrert biorest med tørrstoffinnhold på 20 % og 28 % (oppkonsentrert 20 % og oppkonsentrert 28 %), YaraMila Fullgjødsel (minnpk), Yara OPTI-NK og YaraLiva Kalksalpeter (minn). Det ble brukt to gjødslingsnivå: 8 og 16 kg total N/daa, og et ugjødsla ledd som kontroll. For alle ledd ble det tatt utgangspunkt i mengden totalnitrogen i de ulike gjødseltypene, unntatt for leddet med kombinasjon av fast biorest og NK-gjødsel (fast + minnk) hvor mengden ble beregnet i forhold til den totale mengden P i fast biorest, tilsvarende gjødselnivå av Fullgjødsel Oversikt over tilførte mengder næringsstoffer på de ulike leddene er vist i tabell 2.

2 168 Haraldsen, T.K. et al. / Bioforsk FOKUS 9 (1) Tabell 2. Tilført mengde gjødsel og næringsstoffer (kg/daa) i potte- og feltforsøket i 2012 Mengde gjødsel Mengde N Mengde mineralsk N Mengde P Mengde K Mengde S Gjødselledd kg/daa kg/daa kg/daa kg/daa kg/daa kg/daa Ugjødslet minnpk ,6 0, ,4 5,3 1, ,9 7,1 1,6 minn a minnk a ,2 1, ,4 2,2 Uavvannet biorest ,6 2 0, ,9 3,1 0, ,2 4,1 0,7 Fast biorest + minnk 409 b + 8 c 6 b + 2 c 2,8 0,9 0,5 b + 1 c 0,7 614 b + 13 c 9 b + 3 c 4,3 1,4 0,7 b + 1,5 c 1,0 819 b + 17 c 12 b + 4 c 5,7 1,9 1 b + 2 c 1,4 Oppkonsentrert biorest, 20 % ,1 0,1 3,7 8, ,2 0,2 5,5 13, ,3 0,3 7,3 17,8 Oppkonsentrert biorest, 28 % ,3 0,1 3,5 8, ,5 0,2 5,2 13, ,7 0,2 6,9 17,3 a kun potteforsøk, b tilført med fast biorest, c tilført med Yara NK-gjødsel Potteforsøket ble gjennomført i veksthus med Kick- Brauckman lysimeterpotter på 7,5 L (25 cm diameter) og bygg og vårhvete som forsøksvekster. Det var 3 gjentak for hver behandling. Som forsøksjord ble det brukt moldrik morenelettleire fra Nes på Hedmark. Potteforsøket ble startet opp Gjødselen ble blandet inn i de øverste 5-6 cm av jorden i pottene, tilsvarende harvedybde. Det ble sådd 30 frø per potte, som ble tynnet til 20 planter per potte 2 uker etter spiring. Jorden ble holdt jevnt fuktig med et vanninnhold tilsvarende feltkapasitet (1 m grøftedybde). 29 dager etter oppstart, når hveten hadde nådd 4 blad stadiet og bygget var på 5 blad stadiet (henholdsvis Zadoks 14 og 15), ble det tilsatt et overskudd av vann (50 mm) for å simulere forsommerregn, slik at det ble en utvaskingssituasjon. Vannmengden som ble fanget opp fra hver potte var mellom 0,5 og 1 l. Vannet ble samlet opp og analysert for nitrogen (nitrat-n og ammonium-n), fosfor (total-p og ortofosfat), svovel (sulfat) og ph. Temperaturen i veksthuset var regulert til 20 ºC på dagtid og 16 ºC på natten. Det var 16 timer med dagslys i veksthuset. Når kornet var modent (etter 76 og 92 dager for henholdsvis bygg og hvete), ble kornet høstet og tresket og korn og halm ble veid inn separat.

3 Haraldsen, T.K. et al. / Bioforsk FOKUS 9 (1) 169 Våren 2012 ble det i regi av Romerike Landbruksrådgiving anlagt et fastliggende feltforsøk med tre gjentak på moldholdig siltjord hos Jan Stabbetorp, Nes på Romerike. Feltforsøket er treårig, og det foreligger nå resultater fra to vekstsesonger med bygg som forsøksvekst. Det ble brukt samme forsøksledd på feltforsøket som potteforsøket med unntak av at leddene minn og minnk ikke var med, og 12 kg N/ daa som gjødselnivå var med i tillegg til 8 og 16 kg N/ daa. All gjødsla ble spredd for hånd, og moldet ned 2-3 timer etter spredning.i 2013 ble det brukt samme mengder gjødsel i feltforsøket som i 2012, og bioresten som ble tilført hadde blitt lagret på lufttette beholdere siden foregående sesong. Da analyser av bioresten som ble tilført i 2013 forelå, viste det seg at de oppkonsentrerte biorestene var blitt ytterligere konsentrert, mens uavvannet biorest hadde fått vesentlig lavere tørrstoffinnhold, mens konsentrasjonen av ammonium-n hadde økt til 1900 mg/l. Dermed ble det tilført andre mengder nitrogen pr. daa enn forutsatt (Tabell 3). Tabell 3. Tilført mengde nitrogen (kg/daa) for biorestledd i feltforsøket 2013 Reell mengde nitrogen tilført (kg/daa) Gjødselledd TS % N, mg/l 8 kg N/daa* 12 kg N/daa* 16 kg N/daa* Uavvannet 2, ,1 6,2 8,3 Oppkonsentrert 20 % ,7 20,6 27,4 Oppkonsentrert 28 % ,2 15,3 20,4 * Planlagt mengde N Resultater og diskusjon Potteforsøket Byggavlingen var generelt noe høyere enn hveteavlingen. De ulike gjødselbehandlingene viste allikevel de samme effektene for begge kornartene. Uten gjødsling ble avlingene av bygg og hvete tilsvarende 154 og 208 kg TS/dekar. Etter tilførsel av Fullgjødsel(minNPK) / dekar (ved 8 og 16 kg N/daa) (figur 1). Etter minn og minnk var avlingen noe lavere sammenlignet med Fullgjødsel. Det kan tyde på redusert tilgang på plantetilgjengelig P i jorden. Tendensen til P mangel etter tilførsel av minn og minnk sammenlignet med Fullgjødsel var mindre tydelig med hvete som forsøksvekst enn med bygg som forsøksvekt. Hvete utvikler seg saktere enn bygg og trenger derfor ikke like mye næringsstoffer på kort tid som bygg. Forskjellene i avling etter tilførsel av minnpk og minn var allikevel ikke sikre hverken for bygg eller hvete. Begge de oppkonsentrerte biorestene resulterte i like høy avling som Fullgjødsel (minnpk). Nitrogenet i de oppkonsentrerte biorestene foreligger hovedsakelig som ammonium-n og er derfor direkte tilgjengelig for plantene. Selv om det ble tilført lite P med de oppkonsentrerte biorest produktene, var P ikke en signifikant begrensende faktor når det gjelder avling. Uavvannet biorest økte avlingen noe i forhold til det ugjødslete kontrolleddet men forskjellene mellom de to behandlingene var ikke sikre. Ved tilførsel av uavvannet biorest (16 kg N/daa) var avlingen signifikant lavere enn med Fullgjødsel (16 kg N/daa) for både bygg og hvete. Lav gjødslingseffekt av uavvannet biorest skyldtes hovedsakelig forsøksoppsettet og at alle materialene ble dosert ut i fra totalt N innhold. Kun halvparten av N i uavvannet biorest var direkte plantetilgjengelig som ammonium-n, mens resten måtte mineraliseres før plantene kunne nyttiggjøre seg det (tabell 1). Uavvannet biorest ble derfor underdosert på plantenyttbart N sammenlignet med Fullgjødsel. Fast biorest med mineralsk tilleggsgjødsling (fast + minnk) hadde noe, men ikke signifikant bedre gjødselvirkning enn uavvannet biorest. Fast biorest hadde signifikant lavere gjødseleffekt enn Fullgjødsel etter tilførsel av 16 kg N/dekar. Dette er fordi Fullgjødsel tilførte 3 ganger så mye mineralsk N som fast biorest + minnk (tabell 2). Ingen av biorest produktene førte til signifikant økt nitrogen utvasking sammenlignet med det ugjødslede kontroll-leddet. Både i bygg og hvete forsøket ble det vasket ut signifikant mer nitrogen etter minn (16 kg N/dekar) sammenlignet med alle andre behandlinger. I hveteforsøket ble det etter minn (16 kg N/dekar) nesten vasket ut 1 kg N/dekar. Det var hovedsakelig nitrat-n som ble vasket ut.

4 170 Haraldsen, T.K. et al. / Bioforsk FOKUS 9 (1) avling Halmavling Bygg 700 Avling bygg, kg tørrstoff/daa Gjødselledd, 8 og 16 kg N/dekar avling Halmavling Hvete 700 Avling hvete, kg tørrstoff/daa Gjødselledd, 8 og 16 kg N/dekar Figur 1. avling (kg tørrstoff/daa) og halmavling (kg tørrstoff/daa) av bygg og hvete i potteforsøket.

5 Haraldsen, T.K. et al. / Bioforsk FOKUS 9 (1) 171 Oppkonsentrerte biorester er surgjort med svovelsyre, og det var derfor av stor interesse å klarlegge hvor sterk effekt gjødsling med slikt materiale kunne ha på ph i jorda. I jordprøver tatt ut etter avsluttet potteforsøk ble det funnet statistisk sikre utslag (tabell 4). Mens tilførsel av uavvannet biorest og de fleste andre gjødseltypene ikke påvirket ph, var det statistisk sikker senkning av ph etter bruk av oppkonsentrerte biorester. Den negative effekten på ph økte med gjødselmengden tilført. Også minnpk ga tendens til ph senkning ved tilførsel av 16 kg N/daa, men de oppkonsentrerte biorestene hadde sterkere surgjørende effekt enn Fullgjødsel. Tabell 4. Virkning av ulikt behandlet biorest på ph i jord etter dyrking av korn Mengde Gjødselledd kg N/daa ph Ugjødslet 0 6,9 minnpk 8 6,9 minn 8 7,0 minnk 8 6,9 Uavvannet biorest 8 7,1 Fast biorest + minnk 8 6,9 Oppkonsentrert biorest, 20 % 8 6,8 Oppkonsentrert biorest, 28 % 8 6,7 minnpk 16 6,6 minn 16 6,9 minnk 16 6,9 Uavvannet biorest 16 6,9 Fast biorest + minnk 16 6,9 Oppkonsentrert biorest, 20 % 16 6,5 Oppkonsentrert biorest, 28 % 16 6,5 Feltforsøket I 2012 lå avlingsnivået i feltforsøket med bygg på kg TS/dekar. Det var ingen sikre forskjeller i bygg- avlingen mellom behandlingene. Det ugjødslede kontroll-leddet var på samme avlingsnivå som Fullgjødsel. Også alle biorest produktene var på samme nivå som det ugjødslede kontroll-leddet og Fullgjødsel. Det var heller ingen effekt av stigende N-mengder for noen av behandlingene (8, 12 og 16 kg N/dekar). Vekstsesongen i 2012 var svært nedbørrik og det stod tidvis vann på jordoverflata i vekstsesongen. Manglende utslag for gjødsling skyldtes sannsynligvis dårlig rotutvikling som følge av vannmettet jordsmonn, som også ga mulighet for denitrifikasjon. I 2013 ble det oppnådd store avlingsforskjeller av bygg i feltforsøket (tabell 5). Avlingsutslagene hadde svært god sammenheng med tilførte mengder nitrogen, og spesielt de oppkonsentrerte biorestene ga store avlinger og høyt opptak av nitrogen. Siden de oppkonsentrerte biorestene var overdosert, kan en sammenligning av minnpk (12 kg N/daa) og oppkonsentrerte biorester 20 og 28 % ved 8 kg N/daa være relevant. Disse leddene ga samme avling og ikke signifikant forskjellig opptak av nitrogen. Om en sammenligner 16 kg N/daa minnpk med 8 kg N/daa oppkonsentrert biorest 20 % og 12 kg N/daa oppkonsentrert biorest 28 %, skal det i teorien være tilført litt mer N med minnpk. Det var likevel tendens til litt større N-opptak med oppkonsentrert biorest 20 %, mens det ikke var forskjeller mellom oppkonsentrert biorest 28 % og minnpk. Disse resultatene viser at oppkonsentrering av biorest ved surgjøring er en god måte for å bevare nitrogenet mot gasstap både under lagring og etter tilførsel til jorda, men resultatene fra potteforsøket viste også at bruk av slik gjødsel krever en bevisst kalkingsstrategi for å unngå at ph senkes uforholdsmessig mye.

6 172 Tabell 5. Avling (kg/daa, 15 % vanninnhold), hektolitervekt, tusenkornvekt og opptatt N i kornet (kg N/daa) beregnet ut fra kornavling og proteininnhold fra feltforsøket 2013 Forsøksledd Kg N/daa Avling kg/daa HL-vekt kg 1000 kornvekt Opptatt N i korn kg/daa Ugjødslet ,3 33,0 2,3 MinNPK ,7 36,3 5,8 Uavvannet biorest ,3 34,0 3,5 Fast biorest+nk ,3 35,7 4,7 Oppkonsentrert, 20 % ,0 41,7 9,3 Oppkonsentrert, 28 % ,0 40,0 7,9 MinNPK ,7 38,7 7,0 Uavvannet biorest ,3 35,3 4,0 Fast biorest+nk ,3 37,7 5,9 Oppkonsentrert, 20 % ,0 40,0 11,0 Oppkonsentrert, 28 % ,0 40,3 8,3 MinNPK ,0 39,3 8,2 Uavvannet biorest ,3 36,3 5,9 Fast biorest+nk ,6 37,7 7,0 Oppkonsentrert, 20 % ,0 42,3 11,3 Oppkonsentrert, 28 % ,7 41,3 9,1 Når det gjelder uavvannet biorest, er det mest riktig å sammenligne 16 kg N/daa av denne gjødseltypen med 8 kg N/daa av minnpk siden disse reelt representerte tilnærmet like N-mengder. Som vist i tabell 5, var det ingen sikre forskjeller verken i avling eller opptak av N når en sammenlignet disse leddene. Mens andelen ammonium-n i bioresten brukt i forsøkene i 2012 var 50 % av total N (tabell 1), var andelen i 2013 snaut 80 %. Dette viser at det er avgjørende viktig å ha tilgang på analyser av bioresten som en skal bruke som gjødsel før en foretar gjødslingen, og at det er veldig klar sammenheng mellom mengde tilført nitrogen og oppnådd avling. I likhet med potteforsøket ble det oppnådd dårligere avling med tilførsel av fast biorest supplert med mineralsk NK-gjødsel i feltforsøket i Årsaken til dette hadde sammenheng med at en doserte både bioresten og mineralgjødsla ut fra total N. Dette forsøksleddet ble underdosert på N til tross for mineralsk tilleggsgjødsling fordi en ikke tok hensyn til at det var sannsynlig at bare rundt 10 % av det organiske nitrogenet ville bli mineralisert (Øgaard et al. 2011). Konklusjoner Surgjøring og oppkonsentrering av flytende biorest er en god måte for redusere volumet og samtidig bevare nitrogenet mot tap som ammoniakk under lagring og etter spredning. Gjødselvirkningen av oppkonsentrerte biorester var på samme nivå som for mineralsk NPK-gjødsel både i potte- og feltforsøk. Ved å surgjøre bioresten med svovelsyre får en gjødsel med sterkt surtvirkende egenskaper, som ga målbar senkning av ph etter en vekstsesong når det var tilført 16 kg N/daa. Det er derfor viktig å følge med på ph i jorda gjennom hyppigere jordprøvetaking enn vanlig dersom en skal bruke slik gjødsel i flere år etter hverandre. Fast biorest med fiberfraksjonen av bioresten er først og fremst en fosforgjødsel. I denne er nitrogenet organisk bundet, og dette må mineraliseres for å kunne utnyttes av plantene. I disse forsøkene ble det ikke tatt hensyn til dette, noe som førte til lavere avlinger. Ved å forutsette at rundt 10 % av det organiske nitrogenet mineraliseres årlig, er kombinasjon av bruk

7 173 av fast biorest og NK-gjødsel et godt alternativ der en har behov for en god fosforforsyning til plantene. Når uavvannet flytende biorest ble brukt som gjødsel til korn, ble det oppnådd avlinger som var godt i overensstemmelse med resultater fra andre forsøk. Slik gjødsel har en passende fordeling av N, P og K i forhold til behovet for disse næringsstoffene i korn. Virkningen av slik gjødsel har god sammenheng med mengde tilført ammonium-n, og i gjødslingsplanlegging bør en legge større vekt på innholdet av ammonium-n enn total N, siden organisk N må mineraliseres for å bli plantenyttbart. Feltforsøket i 2013 viste at det er svært viktig å ha tilgang på analyser av biorest en skal tilføre før gjødsling, slik at en har rimelig sikkerhet for å dosere riktige mengder nitrogen i forhold til det gjødslingsplanen angir. Referanser Haraldsen, T., Andersen, U., Krogstad, T. & Sørheim, R Liquid digestate from anaerobic treatment of sourceseparated household waste as fertilizer to barley. Waste Mangement & Research 29: Kristoffersen, A.Ø., Skretting, J. & Haraldsen, T.K Feltforsøk med flytende biorest som gjødsel til korn Jord- og Plantekultur Bioforsk FOKUS 6(1): Kristoffersen, A.Ø., Skretting, J. & Haraldsen, T.K Biorest av matavfall fra husholdning som gjødselkilde til korn. Jord- og Plantekultur Bioforsk FOKUS 7(1): Kristoffersen, A.Ø, Skretting, J., Bergjord, A. & Haraldsen, T Gjødselvirkning av organisk avfall fra storsamfunnet. Bioforsk FOKUS 8(2): Øgaard, A.F., Kristoffersen, A., Ø. & Haraldsen, T.K., Fertilizer value of liquid residues from household waste biogas production. NJF seminar 433. Utilisation of manure and other residues as fertilizers, Falköping, Sweden, November 2011 (NJF Rapport Vol. 7 No. 8),