Utvikling av nye metodar for gjødslingsplanlegging

383 Utvikling av nye metodar for gjødslingsplanlegging Gustav Fystro 1), Siri Abrahamsen 2), Tor Lunnan 1) / gustav.fystro@planteforsk.no 1) Planteforsk Løken forskingsstasjon, 2) Forsøksringen Romerike Samandrag Eit godt program for gjødslingsplanlegging for økologisk drift vil gje eit bidrag til ei auka forståing for dei viktige grunnleggande biologiske prosessane. Eit mål vil og vera å auka avlingsstabiliteten på den einskilde gard gjennom betre grunnlag for rett val av vekstar og gjødsling. Det nye programmet er basert på prinsippet om næringsbalanse. Ei vekstkurve ut frå avling og næringskrav er utvikla. Eit nytt system for vurdering av belgvektar og biologisk N-fiksering er inkludert. Ein modell for nedbryting og utnytting av organisk materiale er lagt inn. Det er også innarbeidd eit nytt system for næringsutnytting. Den nye modellen tek i sterkare grad meteorologiske data i bruk. Viktige næringstap blir dessutan synleggjort. Innleiing I følgje forskrift om gjødslingsplanlegging skal alle bruk som disponerer jordbruksareal for planteproduksjon med rett til produksjonstilskot, ha ein gjødslingsplan. Dette gjeld også økologisk drivne bruk. Eksisterande dataverkty for gjødslingsplanlegging er derimot ikkje godt tilpassa økologiske driftssystem. Med bakgrunn i dette gjekk LFR (Landbrukets Forsøksringar), Planteforsk, Norsøk og Agromatic saman om ein søknad til SLF om midlar til utarbeiding av eit dataprogram tilpassa økologisk drift. Prosjektsøknaden vart innvilga for perioden 23-25, med LFR som prosjektansvarleg. Prosjektet har som mål å utvikle eit brukarvenleg og fagleg fundamentert dataverkty for planlegging av næringsstoff-forvaltning på økologiske bruk, tilpassa bønder og rettleiingstenesta. Fordi avgrensa næringsforsyning i forhold til maksimal produksjon er heller vanleg i økologisk drift, blir ei vekstkurve

384 G. Fystro et al. / Grønn kunnskap 9 (2) inkludert i den nye modellen. I økologisk drift vil hushald med lokale ressursar vera viktig. Ein modell for omsetnad av organisk materiale, som frigjer næringsstoff til planter, er derfor bygd inn i den nye modellen. Den nye modellen blir ein næringsbalansemodell. Funksjonar for plantenes utnytting av næringsstoff er derfor lagt inn i modellen. Unytta plantenæring vil gå til seinare plantevekst eller til tap. Det blir lagt vekt på å synleggjera miljøverknader av drifta. Plantemodellen Figur 1A viser eksempel på ei vekstkurva for ein engslått i plantemodellen, der avling er kopla til opptak av N i hausta plantemateriale. Kurva gjeld på haustetidspunktet, og modellen blir derfor kjørt med vekstperiode som tidsoppløysing (til dømes vekstperiode til ein engslått eller fangvekstperioden etter korn osv.). Når opptak av N er lik null skal det ikkje vera avling. Som inngangsvariabel treng modellen opplysning om potensiell avling, som er avling dersom næringsstoff ikkje er avgrensande. Sjølv om det i modellen vil bli utvikla system for forslag til denne variabelen, skal verdien kunne overstyrast ut frå erfaring. Fordelen med denne variabelen er at den i prinsippet er ein konstant for like tilhøve, til dømes for eitt bestemt skifte ved normal haustetid. I praksis kan potensiell avling setjast med utgangspunkt i gjennomsnittsavling over år der det ikkje er næringsmangel.

385 1 8 6 4 2 A Avlingskurve Potensiell avling 2 4 6 8 1 12 14 16 1 8 6 4 2 B Avlingskurve Kløveravling 2 4 6 8 1 12 14 16 1 8 6 4 C Avlingskurve Kløveravling 1 8 6 4 Korn + halm Korn (15%) Legdegrense D N, P, K og S, % av ts 2 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5,5 2 4 6 8 1 12 14 16 Næringskonsentrasjon i totalavling - gjødsling med ei type husdyrgjødsel % N % P % K % S E 2 4 6 8 1 12 14 16 kg N/daa i avling N, % av ts 2 Kalium-mangel på ugjødsla jord 2 4 6 8 1 12 14 16 3, 2,5 2, 1,5,5 F korn halm Kalium-mangel på ugjødsla jord Stigande mengd husdyrgjødsel 2 4 6 8 1 12 14 16 kg N/daa i avling Figur 1. A) Avlingskurve (kg tørrstoff/daa) ved ulikt N-opptak til ein engslått, med nivå for ugjødsla, aktuelt gjødsla og potensiell avling markert. B) Same situasjon med kløveravling inkludert i konkurranse med graset, og med C) eksempel på ein situasjon med kalium-mangel på ugjødsla jord. D) Kornavling når kalium er avgrensande for plantevekst på ugjødsla jord, og der E) næringskonsentrasjon i denne kornveksten varierar med N-opptak etter stigande gjødsling med ei type husdyrgjødsel. I denne siste situasjonen er det også vist F) N fordelt i korn og halm, som % av tørrstoff. Plantemodellen finn eit krav til den lågaste N-konsentrasjon (Nkritisk) som trengs for å oppnå potensiell avling (teori av Greenwood). Erfaring har vist at denne samanhengen er god for mange ulike kulturvekstar og situasjonar. Krumminga på kurva er bestemt av ein faktor, i regelen som ein standardverdi i programmet. Vekstkurva er då bestemt for N-opptak.

386 G. Fystro et al. / Grønn kunnskap 9 (2) I plantemodellen er det lagt inn ei rutine for kløver/belgvekstar. Som inngangsdata treng modellen belgvekstandel (% av tørrstoffavling) ved den aktuelle planlagde gjødslinga, og modellinnstillingar for biologisk N-fiksering. Modellen vil estimere endring i kløveravling og biologisk N-fiksering ved varierande N-opptak. Figur 1B viser eksempel på kløveravling i konkurranse med gras. Biologisk N-fiksering vil vera vêravhengig, og det blir arbeidd med vilkår for dette. Sentrale innstilte faktorar for biologisk N-fiksering i modellen blir mogleg å overstyre. Belgvekstandelen skal endrast ved vesentleg endring i planlagt gjødsling. Nkritisk varierer med belgvekstinnhaldet på grunn av høgare N-innhald enn gras/korn. N-mengda frå jord og gjødsel til å nå den kritiske verdien går derimot ned med aukande belgvekstinnhald på grunn av aukande biologisk N- fiksering. For optimal vekst trengs også eit næringsopptak som er over kritiske verdiar for P/Nkritisk, K/Nkritisk og S/Nkritisk. Det næringsstoffet som er mest avgrensande for veksten vil bestemme avlinga. Figur 1C viser eksempel på kurveform med K-mangel på ugjødsla jord (elles lik Figur 1B), og gjødsling med ei husdyrgjødseltype. Avling og næringsopptak på ugjødsla jord er ein funksjon av jord, vêr og dyrkingshistorie (mellom anna karakterisert gjennom jordanalyser). Avling og næringsopptak etter gjødsling er ein funksjon av status utan gjødsling og aktuell utnytting av tilført gjødsel. For korn vil plantemodellen utnytte samanhengar mellom halm og korn (kornprosent) og normale fordelingar av næringsemne mellom halm og korn. Innstillingar for desse faktorane skal kunne overstyrast. Det er lagt inn faktorar for legdegrense hos korn, og eksempel på avlingskurve for korn med kaliummangel på ugjødsla jord er vist i Figur 1D. Modellen vil ta omsyn til næringskonsentrasjonar i avlinga ved ulik gjødsling. Eksempel på dette er vist i Figur 1E, der konsentrasjonar av N, P, K og S i total overjordisk plantemasse i situasjonen i Figur 1D er vist. I Figur 1F er N-innhaldet i denne situasjonen fordelt på korn og halm. Plantemodellen vil i neste steg rekne ut planteproduksjon som ikkje blir hausta, i regelen røter og stubb. Plantemateriale som ikkje blir fjerna går inn som status før neste vekstperiode, anten som levande materiale eller til nedbryting og frigjering av plantenæring. Det blir arbeidd med å utvikle plantemodellen også for vekstar der knollar og lagringsorgan i jorda blir hausta.

387 Kg N/daa 14 12 1 8 6 4 - Veksttid 6 dagar - Vekstreduksjon på 16% N-krav N-tilgang 2 2 4 6 8 Dagar etter "vekststart" Figur 2. Eksempel på situasjon der N-tilgangen periodevis er for liten for maksimal avlingstilvekst. Vekstreduksjon blir lagt inn, mens næringskonsentrasjon aukar tilsvarande I økologiske system vil ofte næringssituasjonen vera suboptimal tidleg i vekstsesongen. Dette vil føre til at avlinga blir mindre, men næringskonsentrasjonen høgare, enn det som vilkåra i plantemodellen tilseier. Figur 2 viser eksempel på dette. Her blir avling korrigert ned, og næringsinnhaldet opp, med ein faktor på 16%. Modell for omsetnad av organisk materiale Ein modell for nedbryting av organisk materiale er ein viktig del i det nye planleggingsverktyet. Organisk omsetnad og innverknad på næringstilgang blir rekna ut på døgnbasis. Frigjering av N er i modellen avhengig av C/N i det organiske materialet, og ei C/N-grense er lagt inn. Høgare C/N-verdiar enn denne grensa gjev ei binding av plantetilgjengeleg N, og lågare C/N-verdiar frigjev N til plantevekst. Mens C-innhaldet i organisk materiale er relativt sett konstante verdiar for ulike typar materiale, er N-innhaldet meir utfordrande å finne rette verdiar for. Frå plantemodellen skal det overførast organiske restfraksjonar til status i nedbrytingsmodellen. Standarverdiar for ulike type materiale (husdyrgjødsel osv.) blir også lagt inn. N-innhaldet kan overstyrast, til dømes bør tilgjengelege N-analyser nyttast. Figur 3 viser eksempel på frigjort N ved nedbryting av 3 kg/daa organisk materiale med ulikt N-utgangspunkt (normalt C/N i halm, gras og kløver). Halm vil binde N i starten, mens nedbryting av kløver viser sterk N-gjødslingseffekt. Starttidspunktet i eksemplet er tilfeldig sett lik 1.januar.

388 G. Fystro et al. / Grønn kunnskap 9 (2) Kg N/daa 1 2 3 4 5 -,2 -,4 Halm -,6 -,8 - -1,2 1,6 1,4 1,2,8,6,4,2 -,2 Gras 1 2 3 4 5 5, 4,5 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5,5 Kløver 1 2 3 4 5 Dagar etter 1.jan Dagar etter 1.jan Dagar etter 1.jan Figur 3. Plantetilgjengeleg frigjort N etter nedbryting av 3 kg/daa av organisk materiale med ulikt utgangspunkt for C/N. Halm med høgt C/N vil i starten binde opp eksternt N, mens kløver med lågt C/N frigjer raskt mykje N for plantevekst Til ei type organisk materiale er det knytt ein nedbrytingskonstant. Konstanten er lik den del av total mengd organisk materiale som blir brote ned dagleg ved 15 C. Konstanten blir korrigert etter temperatur (Arrhenius-tilpassing). Figur 3 viser til dømes korleis normale temperaturar gjennom året kan påverke nedbrytinga. Inntil vidare er det ikkje lagt inn korrigering for vatn på N-frigjeringa, men dette blir det arbeidd med. Jordarbeiding vil auke nedbrytinga. Dessutan ser vi på eit system for å redusere omsetninga ved strukturskade i jorda (kjørebelastning). Nedbrytinga av det organiske materialet går i tre steg (Figur 4), etter nedbrytingsfart. Nytt materiale har rask nedbryting. Når nytt materiale blir omsett så blir ein fastsett organisk del overført til ein seinare nedbryteleg fraksjon. Denne fraksjonen vil bygge seg opp mot eit høgare nivå over år, og blir slik eit mål på kor fruktbar jorda er. På tilsvarande vis vil også ein nesten stabil moldfraksjon bli tilført ein liten del av det nedbrytande organiske materiale. Store årlege tilførsler av organisk materiale vil oftast heve begge dei tyngre nedbrytelege fraksjonane. Det blir arbeidd med tilsvarande modellar for nedbryting av organisk P og S.

389 Kg C/daa 14 12 1 8 6 4 2 Ferskt tilført organisk materiale 1 2 3 4 5 Dagar etter 1. jan. 719 "Aktiv" moldfraksjon 718 717 716 715 714 713 712 1 2 3 4 5 Dagar etter 1. jan. 5679,7 "Stabil" humus 5679,6 5679,5 5679,4 5679,3 5679,2 5679,1 5679, 1 2 3 4 5 Dagar etter 1. jan. Figur 4. Når nytt tilført organisk materiale blir brote ned blir ein viss del overført til ein seinare nedbryteleg aktiv moldfraksjon (viktig del i fruktbar gamal kulturjord) og til ein nesten stabil humusfraksjon Utnytting av plantetilgjengelege næringsformer Utnytting av plantetilgjengeleg N er i modellen ein funksjon av potensiell avling, mengd tilgjengeleg gjødsel, jordtype og nedbøroverskot. Figur 5 viser eksempel på utnytting ved to ulike nivå for potensiell avling. Næringsstoff som ikkje går til plantevekst vil anten gå tapt eller bli tilgjengeleg for neste vekstperiode gjennom ei statusføring. I prinsippet kan utnytting av P, K og S også reknast på same måte, men for desse stoffa blir også alternative og forenkla metodar vurdert. Utnyttingsgrad,9,8,7,6,5,4,3,2,1 N-krav til potensiell avling = 3 kg N Hausta avling, marginalutnytting Hausta avling, utnytting av total N-tilgang Rotfraksjon, marginalutnytting Heile planta, utnytting av total N-tilgang 5 1 15 2 25 3 N-tilgang, kg/daa,9,8,7,6,5,4,3,2,1 N-krav til potensiell avling = 8 kg N 5 1 15 2 25 3 N-tilgang, kg/daa Figur 5. Eksempel på utnytting av N i jord til hausta avling og røter, vist for to ulike N-krav (til dømes ein fangvekst, 3 kg N/daa, og ein engslått, 8 kg N/daa). Både marginalutnytting av siste tilførte N-mengd og gjennomsnittleg utnytting av total N-tilgang er vist