T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 119 Raigras og kvitkløver som underkultur i korn Overleving og tap av næringsstoff gjennom vinteren Trond Henriksen / trond.henriksen@planteforsk.no Planteforsk Apelsvoll forskingssenter Innledning Både raigras og kvitkløver brukes som underkulturer i korn. Raigraset brukes som fangvekst for å samle uorganisk nitrogen (N) fra jord og redusere avrenning av N fra kornareal. Kvitkløveren dyrkes for å samle N fra luft og brukes som levende gjødsel i økologiske korndyrkingssystem. Raigras som fangvekst Gjennom Nordsjødeklarasjonen (1987) forplikter Norge seg internasjonalt til å iverksette tiltak for å redusere utslipp av næringsstoff, først og fremst N og fosfor (P), til Nordsjøområdet. Gjennom EUs nye nitratdirektiv er det fokusert sterkere på N-forurensing fra landbruket, og dette er fulgt opp fra norsk side ved økte satser for tilskudd til bruk av fangvekster. Under våre dyrkingsforhold er det mest aktuelt å bruke fangvekster i forbindelse med kornproduksjon, og gras som vokser etter at kornet er tresket kan bidra til redusert avrenning av næringsstoff. Spesielt interessante er grasarter som har en god vekst og stort næringsopptak helt frem til frosten kommer. For at bruk av slike fangvekster skal redusere risikoen for forurensing, er det imidlertid viktig at de oppsamlede næringsstoff bevares på åkeren helt frem til sommeren året etter. Kvitkløver som levende gjødsel På økologiske planteproduksjonsgårder er det nødvendig å gjødsle kornet, og om en ikke har tilgang på husdyrgjødsel så må en drive en aldri så liten tilleggsnæring, nemlig produksjon av levende gjødsel. Med levende gjødsel mener jeg N-fikserende belgvekster hvorfra N frigjøres nesten umiddelbart etter plantens død. Dyrkingsforholdene våre setter en god del begrensninger når det gjelder valg av arter og sorter
120 T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 og metoder, og i praksis er det mest snakk om dyrking av belgvekster som underkultur i korn, som innblanding i grønngjødsel og i kortvarig eng. Jeg har jobbet mest med kvitkløver som underkultur. Selve dyrkingen av kvitkløveren er for så vidt ganske enkel, men å få maksimalt utbytte av oppsamlet N i form av gode kornavlinger og minimale tap til omgivelsene se det er en stor utfordring. Ikke minst fordi det er snakk om levende planter som skal dyrkes et helt år før de skal utnyttes som gjødsel. Hvordan skal vi på best mulig måte oppbevare N i denne levende gjødsla over vinteren? God bruk av kvitkløver som gjødsel krever mye kunnskap om planten selv og om hvordan de lokale klima-, jordbunnsog dyrkingsforhold påvirker vekst, overvintring og gjødselvirkning. Den vanskelige vinteren De mest brukte fangvekstene (særlig italiensk raigras) er lite vinterherdige, og nedfrysing gjennom vinteren kan resultere i lekkasje av N og P. I et tre-årig lysimeterforsøk på Ås, resulterte bruk av raigras i en betydelig økning i overflateavrenning av PO 4 -P sammenliknet med areal uten fangvekst. I dyrkingssystemene på Apelsvoll har en også funnet høyere konsentrasjon av fosfat i overflatevann fra dyrkingssystem med mye eng sammenliknet med system med lite eng. I tidligere undersøkelser har vi funnet at både raigras og kvitkløver også taper en god del N fra det grønne bladverket i løpet av vinteren. Dette kan føre til denitrifikasjon og tap av N som klimagasser (NOx) om våren dersom jorda er vannmettet. Slik sett er det mulig at bruk av fangvekster for å hindre N-avrenning til Nordsjøen både kan gi P-forurensing lokalt og økte klimagassutslipp fra norsk landbruk. For den videre bruk av fangvekster er det derfor av stor betydning å kvantifisere i hvilken grad en typisk norsk vinter påvirker fangvekstenes evne til å holde på næringsstoff fra en sesong til den neste. Det er også viktig å finne ut hvor det blir av næringsstoff som forsvinner fra det grønne plantematerialet i løpet av vinteren. De samme spørsmål er også viktige i forbindelse med å optimalisere bruken av N-fikserende belgvekster som gjødsel i økologisk kornproduksjon. Gjennom en serie forsøk over fire år har vi jobbet med disse spørsmålene. Materialer og Metoder De to første forsøksårene (2000-2001 og 2001-2002) ble italiensk raigras (Macho), engsvingel (Fure) og kvitkløver (Snowy), sådd i en rad inntil den ene kanten av små kasser (15 40cm). Noen kasser ble fylt med jord og holdt uten plantebestand gjennom sesongen (kontrolledd). Vi brukte 3 parallelle kasser i 2000-2001 og fire paralleller i 2001-2002. Like etter såing ble det lagt en takrenne ned i kassene, som bladene forsiktig ble brettet
T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 121 Bilde 1. Nærbilde av trekasser med kvitkløver, italiensk raigras, engsvingel eller bar jord høsten 2001. Bladene ble brettet forsiktig ned i takrennen og vann som rant ned gjennom disse bladene ble ledet videre ned i oppsamlingstanker. nedi utpå høsten. Rennen var koplet til en 10 l plastkanne for oppsamling av vann som hadde seget ned gjennom dette plantematerialet. Se bilde 1. De to siste forsøksårene (2002-2003 og 2003-2004) ble de samme plantearter og -sorter (men Milkanova kvitkløver istedenfor Snowy) dyrket i potter (12cm diameter, 20cm høyde) som ved vekstavslutning ble lagt i plastkar (30 50cm) som var koplet til oppsamlingstank. Fire parallelle plastkar ble brukt i 2002-2003, mens det ble brukt tre paralleller i 2003-2004. Også her var det med potter uten planter som kontrolledd. Uttak av plantemateriale ble gjort i slutten av oktober og begynnelsen av april året etter. Ved disse anledningene ble plantenes røtter vasket rene for jord og separert fra bladverket. Vi registrerte tørrstoffmengde og analyserte for innhold av N og P i bladverk og røtter. Vann som hadde seget ned gjennom bladverket ble samlet opp, veid og analysert for innhold av total-n, NH4-N, NO3-N, total-p og PO4-P ved tre/fire anledninger gjennom vinteren. Innhold av næringsstoff i
122 T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 Figur 1. Temperaturen ( C) i ved jordoverflaten i vinterhalvåret i forsøksperioden 2000-2004. sigevannet som stammet fra bladverket ble beregnet ved å trekke fra verdier som ble funnet i sigevann fra kontrolleddet uten planter. Temperaturen ved jordoverflaten ble registrert hver 2. time i vinterhalvåret og er vist i Figur 1. Resultater Opptak av N og P i planter og tap fra høst til vår Raigraset ble veldig frodig utover høsten, med høyt totalt opptak av N og P (Bilde 1, Fig.2). Sammenliknet med raigraset hadde eng svingelen en betydelig svakere vekst, med et opptak av N og P i bladverket som var på henholdsvis 34 og 28 % av raigrasets. Engsvingelen hadde imidlertid like mye N og P i røttene som raigraset. Kvitkløveren hadde høyt innhold av N både over og under bakken, mens opptaket av P i bladverket (blader + stoloner) var på 58 % av raigrasets.
T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 123 Figur 2. Innhold (mg/kasse eller kar) av N (øverst) og P (nederst) i bladverk og røtter hos raigras, engsvingel og kvitkløver ved vekstavslutning. Gjennomsnitt for fire år. Figur 3. Vintertap av N (øverst) og P (nederst) fra bladverk av raigras, engsvingel og kvitkløver i prosent av mengde N og P om høsten. Mengden av N og P i bladverket var lavere om våren enn om høsten, og i figur 3 ser en disse vintertapene i prosent av mengden ved vekstavslutning. I gjennomsnitt for alle tre planteartene, var tapene av N fra bladverket på 6, 35, 68 og 8 % gjennom de fire vintrene 2000-2001, 2001-2002, 2002-2003 og 2003-2004. Tapene av P var på 11, 36, 60 og 19 % de samme årene. Tilsvarende var tapene av N fra røtter på 9, 17, 29 og 13 % og av P på 6, 23, 17 og 22 %. Det var altså store forskjellene i tapene mellom år, men alle tre artene reagerte relativt likt (Fig. 3). I gjennomsnitt over fire år ble 32 % av N i raigrasbladene borte fra høst til vår mens 17 % av N i røttene gikk tapt. For engsvingel var de tilsvarende tallene 22 og 6 %, og for kvitkløver 34 og 28 %. Innhold av N og P i sigevann Av det totale tapet av N og P fra bladverket fant vi i gjennomsnitt igjen henholdsvis 45 og 35 % i sigevannet, men variasjonene var store. Innholdet av N og P i sigevannet var svært lavt helt frem til siste uttak om våren. Det var (med et par unntak) høyest for raigraset. Innholdet av N og P i sigevannet var svært lavt for engsvingel, mens det varierte mye for kvitkløveren (Fig. 4). I gjennomsnitt for alle arter og alle år fant vi at 49 % av total-n i sigevannet var i organisk form, 46 % som NH 4 -N og 5 % som NO 3 -N. For P fant vi 19 % i organisk form og 81 %
124 T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 Figur 4. Innhold (mg) av totalt N (venstre) og P (høyre) i sigevann oppsamlet under raigras, engsvingel og kvitkløver de fire forsøksårene. Verdiene er summert for hvert uttak slik at siste datapunkt gir det totale innholdet i sigevann gjennom vinteren. Merk forskjeller på skala for N og P. Figur 5. Fordeling mellom organisk og uorganisk N og P (% av total N og P) i sigevann oppsamlet under raigras. Fordelingen var nesten helt tilsvarende for engsvingel og kvitkløver.
T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 125 som PO 4 -P. I figur 5 viser vi fordeling mellom organisk og uorganisk N og P i sigevannet for raigras. Tilsvarende fordeling mellom organisk og uorganisk N og P ble funnet for engsvingel og kvitkløver også. Diskusjon Italiensk raigras kan bli svært frodig etter tresking av kornet og har et langt større opptak av næringsstoff enn engsvingel (Fig 2). Kvitkløveren har og et stort innhold av N utpå høsten, men en betydelig del av dette er fiksert fra luft. Betraktet som fangvekst er det derfor ingen tvil om at raigras er å foretrekke. Det er på markedet en rekke ulike sorter av italiensk (toårig) og engelsk (flerårig) raigras, og en bør velge fangvekstart og -sort i henhold til kornart og -sort og dyrkingsforholdene for øvrig. Om bruk av fangvekster skal være en effektiv metode for å redusere forurensing fra kornareal er det viktig at N og P forblir på jordet over vinteren og helt frem til neste vekstsesong. Raigrasets frodige vekst langt utover høsten skjer på bekostning av plantenes innvintring og de er ikke godt rustet til å møte frostnettene som under våre klimaforhold årvisst forekommer i oktober-november. I løpet av forsøksperioden var det spesielt høsten 2002 at vi fikk svært lave temperaturer i denne perioden. Den 19. oktober målte vi 11 kuldegrader ved jordoverflaten (Fig 1). Slike netter med streng frost virker svært uheldig på plantene, spesielt om plantevevet tiner opp i løpet av dagen. I løpet av vinteren 2002-2003 tapte da også de testede artene i gjennomsnitt 68 % av det N og 60 % av det P som fantes i bladverket om høsten. Tapene var størst for raigras og kvitkløver mens engsvingelen klarte seg noe bedre (Fig. 3). Vi har også i flere andre forsøk gjennomført tilsvarende målinger av N-innhold om høsten og om våren. Tapene varierer mye fra år til år, som i denne forsøksserien (Fig. 3), men vintertap på over 60 % (som vi fant i 2002-2003) hører til sjeldenhetene. Det kan imidlertid forekomme for blader av kvitkløver. Et gjennomsnittlig tap på rundt 30 % av både N og P i løpet av vinterhalvåret er realistisk både for raigras og kvitkløver. For engsvingel noe mindre. Om en litt grovt beregner 100 kg plantetørrstoff pr. dekar, 1,5% N og 0,3% P i dette og 30% tap finner en at det er snakk om rundt 0,5 kg N og 0,1 kg P pr. dekar. Nedenfor skal prøve å gjøre rede for hvor dette har blitt av. Forsøkene våre foregikk under nokså kontrollerte betingelser og vi samlet opp dødt og levende bladverk om våren. Det var derfor lite grovt partikulært materiale som gikk tapt. De tapene av N og P vi har presentert (Fig. 3) er derfor relativt lett transportable i vann (i finpartikulær, organisk eller uorganisk form) eller har gått tapt til luft i
126 T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 Figur 6. Sammenheng mellom N:P-forholdet i bladverket om høsten og om våren. Snitt av paralleller for tre arter over fire år. Stiplet linje viser 1:1-forholdet. Figur 7. Sammenheng mellom N:P-forholdet i sigevannet og beregnet N: P-forhold i materiale tapt fra bladverket gjennom vinteren. Snitt av paralleller for tre arter over fire år. Stiplet linje viser 1:1-forholdet. form av NH3 eller NOx. Fordi det er vanskelig å utføre gode målinger av gasstap over lengre tid under feltforhold, har vi konsentrert arbeidet om å samle opp N og P i regn og smeltevann som har seget gjennom det grønne bladverket. Resultatene våre viser at N og P som tapes fra bladverket ligger relativt godt beskyttet i is og snø inntil snøsmeltinga
T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 127 setter i gang om våren (Fig. 4). Da er det til gjengjeld meget mobilt, ikke minst fordi en betydelig andel av N og P finnes i ioneform (Fig. 5). I plantecellene finnes P som fosfat i nukleinsyrer (DNA, RNA). Fosfat spiller en viktig rolle i energimetabolismen (ATP, NAD) og det inngår i fosfolipider som bygger opp biomembraner. Ved cellens død frigjøres P raskt som PO4-P. Som for P inngår også N i nukleinsyrer, ATP og NAD, og N finnes i tillegg i aminosyrer, peptider og proteiner. I likhet med P finnes N for det meste i plantecellenes cytoplasma, men i motsetning til for P må organisk bundet N reduseres enzymatisk for å finnes igjen i form av NH4+. Resultatene våre viser altså at det har foregått en nedbrytning av organisk N i løpet av vinteren. Selv om det er en viss forskjell på hvor og hvordan N og P inngår i plantecellens byggesteiner, viser forsøkene at N og P tapes i omtrent like stor grad gjennom vinteren (Fig. 3). Forholdet mellom N og P (N:P-forholdet) i bladverket var akkurat like stort om våren som om høsten (Fig. 6). Vi fant også at N:P-forholdet i sigevannet var like stort som N:P-forholdet i beregnet tap fra bladverket (Fig. 7). Siden P ikke kan tapes i gassform, må derfor resultatene tolkes dit hen at gasstapene av N i vinterhalvåret var beskjedne. Trolig er sjansene for gasstap av N fra plantene større utover våren når varmen kommer i jorda. Flere tidligere undersøkelser har vist at bruk av fangvekster reduserer avrenning av N fra landbruksareal, men en må kritisk vurdere deres relevans. Klimaforholdene er helt avgjørende for hvor stort opptaket av N og P i fangvekster blir i løpet av høsten, hvor stort tapet av N og P blir i løpet av vinteren og skjebnen til tapt N og P. Resultater fra undersøkelser i sørlige deler av Sverige og Danmark er ikke nødvendigvis relevante for å vurdere hvorvidt bruk av fangvekster effektivt kan redusere avrenning av N og P fra kornareal på det sentrale Østlandet. Likeledes må dere vurdere i hvilken grad resultatene som jeg her presenterer er relevante for det området dere jobber i. Bruk av raigras og kvitkløver som underkultur flytter N og P fra jord og opp i grønt bladverk som lett skades gjennom vinteren og fører til at om lag 0,5 kg N og 0,1 kg P pr. dekar finnes i svært mobil form når snøsmeltinga setter inn om våren. Dette utgjør en risiko for forurensing om snøsmeltinga foregår raskt på frossen mark eller om vekstene benyttes tett inntil åpne vannveier. Vår vurdering er likevel, inntil videre, at bruk av raigras er et trygt tiltak for å
128 T. Henriksen / Grønn kunnskap 9 (3): 119 128 redusere N-avrenning fra kornareal på Østlandet. Det bør imidlertid utredes nærmere i hvilken grad avrenning av PO4-P fra lite vinterherdige plantearter kan føre til eutrofiering av ferskvannssystemer. For å optimalisere bruken av kvitkløver som levende gjødsel, bør en unngå tidlig høstpløying. Ellers har ikke forsøkene våre vist noen forskjell i kvitkløverens ettervirkning om en pløyer seint på høsten eller tidlig på våren. Heller ikke modelleringsarbeider vi har gjennomført har gitt oss noe sikkert grunnlag for å anbefale det ene fremfor det andre under Østlandsforhold. Inntil videre tror vi imidlertid at vårpløying er å fortrekke fremfor høstpløying selv om frosten resulterer i tap av N fra bladverket. Dette N befinner seg i en utsatt sone, men fra dyrkingssystemforsøket på Apelsvoll ser vi at det N som tapes fra jordet, det tapes hovedsakelig via grøftevannet. Og det er lengst vei for N ned til grøftene om plantene befinner seg over bakken. Konklusjoner Italiensk raigras og kvitkløver inneholdt betydelig mer N og P om høsten enn engsvingel, men tapet av N og P fra bladverket gjennom vinteren var også større. For italiensk raigras og kvitkløver ble om lag 30 % borte mens tapene fra engsvingel var på om lag 20 %. Tapene av N og P var klimaavhengige og varierte svært mye fra år til år. Streng nattefrost tidlig på høsten så ut til å være spesielt uheldig. Gasstapene av N var beskjedne i løpet av vinteren, og N og P som gikk tapt fra bladverket ble funnet i vanntransportabel form ved snøsmelting om våren. Rundt 80 % av P i sigevannet var i form av PO4-P mens rundt45 % av N var i form av NH4-N.