Presentasjon av arbeidet med å lage prognose for avling og kvalitet hos grovfôr

Transkript

1 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) 187 Presentasjon av arbeidet med å lage prognose for avling og kvalitet hos grovfôr Helge Bonesmo og Anne Kjersti Bakken / helge.bonesmo@planteforsk.no Planteforsk Kvithamar forskingssenter Sammendrag En internettbasert avlings- og fôrkvalitetsprognose som med hjelp av vær og jorddata simulerer daglig tilvekst og endringer i energi- og proteininnhold, kan være et godt hjelpemiddel når gardbrukeren skal velge riktig høstetidspunkt. Her presenteres en modell som kan brukes i en slik prognose og det planlagte arbeidet med å gjøre denne tilgjengelig og brukervennlig. Den berekna daglige avlingstilveksten er basert på en maksimal vekstrate som blir korrigert for underoptimale vekstforhold ved utrekna indekser for lys, temperatur, og plantetilgjengelig vatn. Ei enkel likning for nitrogenfortynning som beskriver nedgangen i engas nitrogenkonsentrasjon med økende avling er utgangspunktet for simulering av endring i råproteinavling. Modellen predikerer fôrkvalitetutviklinga ut fra fenologisk framgang, og vi arbeider med å bruke en kontinuerlig og numerisk fenologiskalaen, Mean Stage by Count, som grunnlag for sammenhengene mellom fordøyelighet og fenologi. Innledning En høg andel av grovfôr i fôrrasjonen for drøvtyggere kan være viktig både med hensyn til økonomi og miljø. Dersom grovfôret skal konkurrere med andre fôrslag, må det ha en kvalitet som passer inn i gardens driftsopplegg. At mulighetene for å styre grovfôrets kvalitet er store ettersom både energi- og proteininnholdet avtar med tida i enga samtidig som tørrstoffavlinga øker, er godt kjent. Hvor hurtig disse endringene skjer avhenger av vær og jordforhold, som varierer mellom år og steder. Riktig dato for slått kan derfor variere mye mellom gard, år og sted. En internettbasert tjeneste som med hjelp av vær og jorddata simulerer daglig tilvekst og endringer i energi- og proteininnhold, kan være et godt hjelpemiddel når gardbrukeren skal velge riktig høstetidspunkt. I Finland har MTT og Valio presentert forkvalitetsestimat (D-verdi) på internett, og

2 188 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) også på SMS, siden 2000 ( og tjenesten er populær blant mjølkeprodusenter. De daglige D-verdiestimatene bygger på ei regresjonslikning basert på akkumulerte døgngrader og geografiske koordinater (sterkere nedgang i nord og i øst), og blir presenter i kart med oppløsning på 10*10 km2 (Gustavsson et al. 2003). Norsk topografi og jordforhold gjør at denne enkle framgangsmåten dessverre ikke er god nok under våre forhold. Vi har derfor skissert en mer sammensatt modell som vil kreve noen flere meteorologiske inngangsdata samt kalibreringsrutiner, og som ført og fremst er tenkt å være gyldig i et begrensa område ved en værstasjon (Gustavsson et al. 2003). Som en del av prosjektet Mer og bedre grovfôr som basis for norsk kjøtt- og mjølkeproduksjon (Bakken et al. 2005), har vi i år (2005) startet arbeidet med å videreutvikle denne modellen. Her presenteres denne og det planlagte arbeidet med å gjøre avlings- og fôrkvalitetsprognosen tilgjengelig og brukervennlig. Modellen predikerer tilvekst/avling og proteininnhold Oppfanga fotosyntetisk aktivt lys (0.5* globalstråling) og temperatur er de viktigste faktorene for avlingstilvekst. I tillegg vil veksten begrenses av underoptimale mengder av plantetilgjengelig vatn og næringsstoffer, først og fremst nitrogen. De fleste modeller for avlingstilvekst bygger på en maksimal eller potensiell døgnverdi for fotosyntesen, lysutnyttinga, eller vekstraten. Denne verdien reduseres så for underoptimale verdier av vekstfaktorene (lys, temperatur, plantetilgjengelig vatn, nitrogen) (Gustavsson et al. 2003). Flere slike mer eller mindre komplekse tilvekstmodeller er etter hvert satt sammen og kalibrert for norske forhold. Enkle modeller kan gi en like god prediksjon som mer sammensatte, men i de mer sammensatte er det lettere å finne årsaken til feil i prediksjonen, og arbeidet med slike bidrar dermed til økt innsikt. Komplekse modeller er derfor svært nyttige verktøy i forskningen. For et mer praktisk bruk, som for eksempel en prognose for avling og kvalitet hos grovfôrvekster, vil enkle modeller imidlertid være mer anvendelige. Variasjonen i botanisk sammensetning, overvintringsskader, og andre faktorer som ikke inngår i modellene, vil nødvendiggjøre lokal kalibrering. Enkle modeller er lettere å kalibrere og vil derfor være mer passende enn de kompliserte til prediksjoner for praktisk jordbruk. Vi har valgt å bruke en modell basert på maksimal vekstrate (Gmax) som blir korrigert for underoptimale vekstforhold ved utrekna indekser for lys,

3 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) 189 temperatur, og plantetilgjengelig vatn (Figur 1). Forutsetningen for å bruke ei slik likning er ei startmåling for avling og minst ei kalibreringsmåling. Startmålinga bør kanskje tas omlag ved begynnende stengelstrekking og kalibreringsmålinga ei uke senere. Disse målingene er tenkt utført med platemetoden, som gir brukbare estimat ved et tidlig vekststadium (Mould 1992). Fra full skyting avtar avlingstilveksten i enga (Bonesmo 1999). Det er derfor laget en aldringsindeks (AI) som er 1,0 fram til full skyting og som deretter avtar mot 0 ved blomstring (Figur 1). I denne foreløpige versjonen av prognosetjenesten har vi valgt å bruke ei enkel likning for nitrogen(råprotein)-fortynning som beskriver nedgangen i engas nitrogenkonsentrasjon med økende avling (Figur 1). Denne likninga har to kalibrerbare parametere, og den biologiske basis for likninga er økningen i strukturelle karbohydrater på bekostning av N, noe som fortynner celleinnholdet og løselig protein med økende avling i enga. Figur 1. Forenkla skisse av modellen som vil bli brukt i prognosetjenesten.

4 190 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) Modellen predikerer fôrkvalitetutviklinga ut fra fenologisk framgang Fordøyeligheten av grovfôr er viktig ettersom den beskriver hvor stor del av fôret dyret kan utnytte. Det finnes ingen modeller for utviklingen av fôrenhetskonsentrasjonen kalibrert for norske forhold. Gustavsson et al. (1995) har imidlertid satt sammen og kalibrert en slik modell for svenske forhold, som vi har forenkla og satt inn i fôrkvalitetsprognosen (Figur 1). Modellen bygger på den sterke sammenhengen mellom fordøyelighet og avling/ fenologisk utvikling. For fenologisk utvikling, som er styrt av temperatur og daglengde, har vi foreløpig valgt å bruke et sett likninger basert på tre referansepunkt, vekststart full skyting blomstring (Bonesmo 1999) (Figur 1). Det vil blant annet si at modellen gir en kontinuerlig verdi for utviklingstrinn, men at tallverdiene ikke er gitt et definert utviklingstrinn bortsett fra kanskje ved full skyting og blomstring. I prosjektet Mer og bedre grovfôr som basis for norsk kjøtt- og mjølkeproduksjon som ble startet opp i 2004, er et av formåla å kvantifisere sammenhenger mellom fenologisk utvikling og fôrkvalitet hos grovfôrvekster, har vi prøvd ut en kontinuerlig og presis skala som rekner ut numeriske gjennomsnittsverdier på basis av klassifisering av enkeltskudd (Bakken et al. 2005). Skalaen er opprinnelig amerikansk Mean Stage by Count (Moore et al. 1991), og alle tallverdiene i skalaen representerer et definert utviklingstrinn. Det er fire primære fenologiske trinn: Vegetativt stadium (V), stengelstrekkingsstadiet (E), reproduktivt stadium (R) og frøutviklingsstadiet (S). Det reproduktive stadiet har seks faste undertrinn (Tabell 1). I bladstadiet og stengelstrekkingsstadiet blir tallet på undertrinn bestemt av hvor mange blad og noder som blir utvikla før skuddene går over til henholdsvis stengelstrekkingsstadiet og det reproduktive stadiet. For gras vet en at det kan variere både mellom arter og lokaliteter. De numeriske verdiene for enkeltskudd (indeksen) (Tabell 1) blir rekna ut på basis av koden en gir skuddene, kjennskap til tallet på undertrinn i hvert primære trinn og formelen P + (n/n) 0,1. P er her den numeriske verdien for det primære trinnet (f.eks 2 for stengelstrekkingsstadiet), n er undertrinnet sitt nummer i rekkefølga av undertrinn, og N er det maksimale tallet på undertrinn innen gjeldende primære trinn. De første undertrinna innen de primære trinna har faste numeriske verdier på henholdsvis 1,0, 2,0 og 3,0. De ble her ikke rekna med når N skulle bestemmes.

5 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) 191 På Kvithamar i 2004 vart det 6 noder på et timoteiskudd før det gikk over fra stengelstrekkingsstadiet til det reproduktive stadiet. Et skudd med kode E1 fikk derfor numerisk indeks 2 + (1/6) 0,1 = 2,07. Hadde det maksimale tallet på noder vært 2, ville samme skuddet fått indeks 2 + (1/2) 0,1 = 2,40. For både engsvingel og timotei var det maksimale tallet på blad i det vegetative stadiet 4, og på engsvingelskudda ble det utvikla 4 noder før de gikk over til det reproduktive stadiet. Det maksimale tallet på blad og noder så innen art ut til å være det samme i vårveksten og gjenvekstene. Tabell 1. Fenologiske trinn hos grasskudd med undertrinn/kode, utrekna eller fastsatt numerisk indeks og beskrivelse av undertrinnet Primært utviklingstrinn Undertrinn (Kode) Indeks Beskrivelse Vegetativt stadium (Her maksimum 6 blad) V0 1,0 Første blad synlig V1 1,1 Første blad fullt utkommet V2 1,2 Andre blad fullt utkommet V3 1,4 Tredje blad fullt utkommet V4 1,6 Fjerde blad fullt utkommet V5 1,7 Femte blad fullt utkommet V6 1,9 Sjette blad fullt utkommet Stengelstrekkingsstadiet (Her maksiumum 2 noder) E0 2,0 Begynnende stengelstrekking E1 2,4 Første node kjennbar eller synlig E2 2,9 Andre node kjennbar eller synlig Reproduktivt stadium R0 3,0 Kjenner akset R1 3,1 Begynnande skyting, akset synlig R2 3,3 Akset fullt utkommet R3 3,5 Aksstilk fullt utkommet R4 3,7 Blomstring, synlige pollenbærere R5 3,9 Befruktning Frøutviklingsstadium S0 4,0 Karyopsis synlig Den fenologisk framgangen fra 9. mai og utover gikk omtrent like raskt hos timotei og engsvingel, med timoteien hele tida et lite hakk foran fram til og med 15. juni (Figur 2). På den siste datoen hadde den gått over i reproduktivt stadium, mens de fleste engsvingelskudda ennå var på stengelstrekkingsstadiet. Engsvingelen så imidlertid ut til å nå blomstringsstadiet først av de to. Etter de vurderingene som ble gjort på rødkløverskudd etter omtrent samme skala, gikk utviklinga sent fra 18. mai til og med 22. juni (Figur 2). Reproduktivt stadium ble ikke nådd før 7. juli, omtrent 3 uker etter at timoteien ble vurdert å være på dette stadiet.

6 192 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) Figur 2. Fenologisk utvikling i vårveksten hos tre arter på Kvithamar i For punkta til og med 12. mai er N=10, og senere er N=30 for engsvingel og timotei og mellom 12 og 20 for rødkløver. Fôrenhetskonsentrasjon (Figur 3), NDF-innhold og råproteininnhold i vårveksten var sterkt korrelert med verdiene på den numeriske skalaen hos alle tre artene Hos rødkløver er nedgangen i kvalitet bratt innenfor korte intervall på skalaen, og det er utenkelig at denne holder fram på samme vis utover de målepunkta en hadde i denne undersøkinga. Den fenologisk eldste rødkløveren vi hadde kvalitetsanalyser på, ble høsta i en andreslått 2. september, og ble da bestemt til å ha nådd stadium 3,5 og ha en fôrenhetskonsentrasjon på 0,72. Figur 3. Innhold av fôrenheter (FEm) hos tre arter på Kvithamar i 2004 etter deres gjennomsnittlige fenologiske stadium. For grasartene er N=30, og for rødkløveren er 12<N<20. Det ligger to enkeltmålinger bak hver oppgitt verdi for FEm-innhold.

7 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) 193 Det var sammenheng mellom gjennomsnittsverdien på skalaen og fôrkvaliteten i gjenveksten også (r 2 =0,86 for timotei), men kvaliteten lå på et lågere nivå i forhold til utviklingstrinnet enn den gjorde i vårveksten. For eksempel var FEm-konsentrasjonen 0,86 i den fenologisk yngste andreslåtten (2,23), mens den var 0,97 i den fenologisk eldre og forutgående førsteslåtten (2,35). Den numeriske skalaen ga også rom for å tallfeste variasjonen som lå bak gjennomsnittsverdiene på ulike målepunkt. Variasjonen mellom enkeltskudd var gjennom hele vårveksten større hos engsvingel enn hos timotei. For eksempel var standardavviket for 30 skudd 18. mai, 0,09 for timotei og 0,32 for engsvingel. Rødkløverskudda var heller ikke så synkrone som timoteiskudda. Variasjonen hos timoteien var større i gjenveksten enn i vårveksten, og skudda var her ikke entydig mer synkrone i utvikling enn det skudda hos engsvingelen var. Den numeriske skalaen Mean Stage by Count fanga godt opp fenologiske endringer hos grasartene innenfor så korte tidsrom som 2-3 dager i vårvekstperioden. Som indikator på fôrkvalitet hadde den også høg forklaringsgrad. Vi kan ikke se hvordan vi kunne ha brukt den tradisjonelle skalaen (Nesheim 1996) til å for eksempel beskrive og forklare de fenologiske og kvalitetsmessige endringene som skjer kontinuerlig fra stengelstrekking til det etterfølgende trinnet begynnende skyting. Fôrenhetskonsentrasjonen i timoteien gikk i denne undersøkinga ned fra 1,00 til 0,89 mellom disse punkta, og enten hovedinteressen er planta sin biologi eller fôrkvaliteten, ville en ha hatt god bruk for faste og entydig definerte fenologiske undertrinn mellom dem. Teknologien bak og praktisk bruk av modellen Vi arbeider nå med en Excel-versjon av prognosen. Det har tidligere blitt laget en internett-basert versjon i programmeringsspråket php, som fungerer teknisk godt, men det er vanskelig å endre likningene og sette opp kalibreringsrutiner i denne uten programmeringshjelp. Vi håper derfor at en Excel-versjon vil gjøre det mulig å presentere arbeidet etter hvert som utviklinga går framover, og det vil være mulig både for oss og andre å tilpasse likningene. Planteforsk har etter hvert et godt utbygd nett av klimastasjoner, slik at en allerede har tilgang på klimadata for mange geografiske områder. Vi vil prøve å lage Excel-versjonen slik at den automatisk leser inn de aktuelle klimadataene fra denne databasen. Når det gjelder den praktisk prøvetaking i forbindelse med lokal kalibrering av parame-

8 194 H. Bonesmo og K. Bakken / Grønn kunnskap 9 (4) trene i modellen, vil det i prosjektet Mer og bedre grovfôr som basis for norsk kjøtt- og mjølkeproduksjon arbeides videre med bruk av fenologiskalaen Mean Stage by Count. Det vil også fortsatt bli målt høgde ved platemetoden tidlig i veksten slik at det vil bli et grunnlag for anbefalinger om framgangsmåte ved bruk av denne metoden. Den siste tida har det blant rådgivere og forskere blitt diskutert om spesielt mjølkeprodusentene bør framskynde høstetida på førsteslåtten i forhold til gjeldende praksis. Dersom så skjer, aktualiserer det bruken av en prognose som støtteverktøy ytterligere. Videre vil tidligere førsteslåtter føre med seg at en stor del av årsavlinga kommer i de fenologisk mer uryddige andre- og tredjeslåttene. Kvaliteten på gjenvekstene vil derfor bli minst like viktig å ha kontroll med som før, og en god forkvalitetsprognose også for gjenveksten vil være svært nyttig. Vi har tro på at likningene og kalibreringsmetodene vi utvikler i Mer og bedre grovfôr som basis for norsk kjøtt- og mjølkeproduksjon også vil være fleksible nok til å kunne brukes for gjenvekstene. Referanser Bakken, A. K., Bonesmo, H., Ekker, A. S. & Langerud A Fenologisk utvikling hos grovfôrvekstar vurdert etter ein numerisk skala. Grønn forskning 9(3): (under trykking). Bélanger, G & F. Gastal Nitrogen utilization by forage grasses. Can. J. Plant. Sci. 80: Bonesmo, H Modelling spring growth of timothy and meadow fescue by an expolinear growth equation. Acta Agric. Scand. Sect. B, Soil and Plant Sci. 49: Gustavsson A.-M., Angus J. F. & Torssell, B. W. R An integrated model for growth and nutritional value of timothy. Agr. Sys. 47: Gustavsson, A.-M., Bonesmo, H. & Rinne, M Modelling growth and nutritive value of grass. Proceedings of the International symposium Early harvested forage in milk and meat production, published by Agricultural University of Norway, Department of Animal and Aquacultural Sciences. pp ISBN Moore, K.J., Moser, L.E., Vogel, K.P, Waller, S.S., Johnson, B.E. & Pedersen, J.F Describing and quantifying growth stages of perennial forage grasses. Agron. J. 83: Mould, F Use of a modified rising-plate meter to assess changes in sward height and structure. Norw. J. Agric. Sci. 6: Nesheim, L Retningslinjer for gjennomføring av forsøk i grovfôrvekster. I: Samarbeid med forsøksringene om feltforsøk, Retningslinjer Norsk institutt for planteforsking, Ås.