Kvælstof. et næringsstof og et miljøproblem. Landbrugets Rådgivningscenter - PDF Free Download\nDownload "Kvælstof. et næringsstof og et miljøproblem. Landbrugets Rådgivningscenter"\n1 Kvælstof et næringsstof og et miljøproblem Landbrugets Rådgivningscenter\n2 Kvælstof et næringsstof og et miljøproblem Leif Knudsen Hans Spelling Østergaard Ejnar Schultz Landskontoret for Planteavl\n3 Forord Sammenhængen mellem kvælstofanvendelsen i landbruget og tilstanden i det omgivende vandmiljø i de sidste 20 år har været genstand for en indgående behandling i medierne. Omtalen i medierne giver jævnligt anledning til store overskrifter, men efterlader sjældent modtageren med nogen dybere forståelse af de faglige sammenhænge. Miljøet bliver udråbt som taberen og landbruget som skurken. Der er gennem årene gjort en stor forsknings- og forsøgsindsats for bl.a. at klarlægge kvælstofomsætningen i dyrkningsjorden og virkningen af kvælstof i miljøet. Desuden er tilstanden i vandmiljøet fulgt nøje i løbet af 90 erne. I mange tilfælde er resultaterne gengivet i videnskabelige rapporter, som ikke giver en samlet fremstilling af problemstillingen, og ikke på en måde, der er tilgængelig for ikke specialister. Landskontoret for Planteavl har søgt at råde bod på dette ved med velvillig støtte fra Søren Christian Sørensen og hustrus Mindefond at udarbejde nærværende bog. I bogen er det forsøgt at give en samlet fremstilling af kvælstofs betydning som næringsstof i landbruget, de miljømæssige problemer forårsaget af tab af kvælstof til miljøet og de processer i landbrugsproduktionen, som fører til kvælstoftab. Landskontoret for Planteavl beskæftiger sig primært med kvælstof som næringsstof og dermed med kvælstofomsætningen i landbrugsjorden. Beskrivelse af kvælstoftransport og -omsætning uden for rodzonen og den miljømæssige betydning af kvælstof bygger i stor grad på Danmarks Miljøundersøgelsers løbende afrapportering fra overvågningsprogrammerne. Afdelingsforstander Bent Tholstrup Christensen, Danmarks JordbrugsForskning, vid. ass. Ruth Grant samt pensioneret landbrugslærer Thorkild Eskholm har på et tidligt tidspunkt i forløbet kommenteret et udkast til bogen. Landbrugslærer Anne Eriksen har ligeledes givet kommentarer til bogen samt foretaget en pædagogisk og sproglig gennemgang. Landskontoret skal hermed takke dem alle for indsatsen. Vi håber, at vi med denne bog kan højne det faglige niveau i debatten om kvælstoffets rolle i naturen. Vi forventer, at bogen vil blive brugt i undervisningen på gymnasier og på landbrugsskoler og i øvrigt vil blive studeret af de mange, som interesserer sig for emnet. Carl Åge Pedersen Chefkonsulent Landskontoret for Planteavl\n4 Indholdsfortegnelse 1. Indledning Kvælstof er en forudsætning for alt liv Det overordnede kvælstofkredsløb Kvælstof som miljøproblem Kvælstof i grundvand Indhold af nitrat i grundvand og drikkevand Kvælstof i vandmiljøet Kvælstof i vandløb Kvælstof i søer Kvælstof i fjordene De indre danske farvande Næringsstofberigelse (eutrofiering) af naturarealer Kvælstofbalancer i landbruget Kvælstofstrømme Overskud af kvælstof på forskellige typer bedrifter Omsætning af kvælstof i jord Organisk bundet kvælstof Mineralisering af organisk stof Uorganisk kvælstof Udvaskning Denitrifikation Gødskning med kvælstof Kvælstof og afgrødekvalitet Variation i behovet for tilførsel af kvælstof Langsigtet effekt af tilførsel af kvælstof Gødningsplanlægning N-min-metoden Kvælstofprognosen Planteanalyser Modelberegninger Opfyldelse af kvælstofbehovet Positionsbestemt tilførsel af kvælstof\n5 7. Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak Fordampning fra stalde Fordampning fra gødningslagre Tab ved at udbringe husdyrgødning Denitrifikation i rodzonen Udvaskning af kvælstof fra rodzonen Måling af nitratudvaskningen Betydning af nedbør og jordtype Jordens indhold af nitrat Afgrødevalget Afgræsningsmarker Sammenhængen mellem kvælstofgødskning og udvaskning Husdyrgødning contra handelsgødning Jordbehandling Brugstyper Økologisk jordbrug Udvaskningen af kvælstof fra rodzonen på landsplan Kvælstofomsætning under transport fra rodzonen til grundvand og overfladevand Reduktion af nitrat fra rodzone til grundvandsspejl Reduktion i kvælstofmængden ved transport fra rodzone til havet Regulering af landbrugsproduktionen for at reducere kvælstofudvaskningen.. 94 Hvad var effekten af Vandmiljøplan I Baggrund for Vandmiljøplan II Konsekvenser for landbruget af Vandmiljøplan II Nås målene i Vandmiljøplan II? Afslutning Forholdet mellem miljø og produktion Fremtidens kvælstofanvendelse Ordliste Stikordsregister Bilag\n6 1. Indledning I de sidste 20 år har landbrugets anvendelse af kvælstof jævnligt været debatteret i medierne. Brugen af kvælstof i såvel handelsgødning som husdyrgødning kædes sammen med nitrat i grundvand, iltsvind i farvandene mv. Omtalen i medierne giver sjældent modtageren nogen større indsigt i de biologiske og økonomiske sammenhænge mellem brugen af kvælstof i landbrugsproduktionen og de afledede miljøproblemer. Men behandlingen af problemstillingen i medierne betyder meget for befolkningens holdning og dermed også for den politiske beslutningsproces. Dyrkning af jorden og husdyrhold medfører uundgåeligt, at man får et større tab af kvælstof til omgivelserne end fra naturarealer. I et intensivt landbrugsland som Danmark, hvor godt 60 pct. af arealet er opdyrket, og hvor husdyrholdet er stort, udgør tabet af kvælstof fra landbruget langt den største del af det kvælstof, der tilledes det omgivende vandmiljø. På baggrund af diskussionen om et stigende nitratindhold i det øvre grundvand og forekomst af iltsvind i havmiljøet, har man gennem en omfattende lovgivning siden midt i 80 erne prøvet at regulere kvælstoftabet fra landbruget. I 1987 vedtog Folketinget Vandmiljøplan I, hvor målet var at halvere udledningen af kvælstof på bare 3 år. Midlerne var krav til bedre rensning af spildevand fra byerne, og krav til landbruget om navnlig at udnytte husdyrgødningen bedre og krav om efterårsgrønne marker. I 1991/92 stod det klart, at det var umuligt at halvere udvaskningen af kvælstof med disse reguleringer, og der blev lagt yderligere restriktioner på anvendelse af gødning. I 1997/98 fremgik det af en rapport fra Danmarks Miljøundersøgelser (DMU) og Danmarks JordbrugsForskning, at heller ikke disse tiltag var tilstrækkelige til at halvere udvaskningen, og Folketinget vedtog derfor Vandmiljøplan II. Mens det under tidligere restriktioner var muligt for landmændene at gødske afgrøderne, så der blev opnået det økonomisk optimale udbytte, blev det i Vandmiljøplan II lovfæstet, at afgrøderne skal gødskes 10 pct. under den økonomisk optimale kvælstofmængde. Tab af næringsstoffer er en økonomisk udgift for landmanden, fordi de normalt skal erstattes af indkøbte næringsstoffer. Derfor har landbruget og miljøet langt hen ad vejen samme interesse. Landbruget har i 90 erne målrettet forsøgt at begrænse tabet af kvælstof. Det har sammen med bestræbelserne for at opfylde lovkravene medført, at landbruget har investeret 4-5 milliarder kroner i opbevaringskapacitet og bedre udbringningsud- 1. Indledning 7\n7 styr til husdyrgødning. Tilsvarende har kommunerne anvendt 8-10 milliarder kr i bedre rensning af spildevand fra byerne. Vandmiljøplan II koster skønsmæssigt landbruget minimum 500 millioner om året og et tilsvarende beløb for resten af samfundet. Også efter gennemførelse af Vandmiljøplan II vil der opstå diskussion om landbrugets brug af gødning. Der vil i nogle år fortsat opstå problemer med iltsvind og fiskedød i nogle fjorde, og der vil fortsat være vandværker, der får problemer med forhøjet nitratindhold i drikkevandet. Den bedre kvælstofudnyttelse og den reducerede kvælstofudledning til miljøet vil forhåbentlig sikre, at problemerne bliver sjældnere, men de vil ikke helt forsvinde. Medierne vil derfor igen fokusere på sammenhængen mellem landbrugets produktionsmetoder og miljøproblemerne. Befolkningen vil igen få den opfattelse, at landbruget ikke har gjort noget for at reducere forureningen, og den enkelte landmand vil igen føle sig uretfærdigt behandlet, fordi han føler, at han har gjort en stor indsats for at bevæge sig hen mod mindre forurenende produktionsmetoder. sammenhængen mellem produktionen i landbruget og tabet af kvælstof til miljøet. Vores mål er at give læseren mulighed for selv at danne sig en mere nuanceret forståelse for problematikken, end den man opnår gennem medierne. I de første kapitler er beskrevet kvælstofs betydning for kvaliteten af drikkevand og for miljøtilstanden i vandmiljøet. I kapitel 4 er udviklingen landbrugets kvælstofbalance behandlet statistisk for at give et overblik over udviklingen fra 50 erne til i dag. I kapitel 5 er kvælstofomsætningen i rodzonen behandlet, mens kapitel 7-9 omhandler tab af kvælstof ved fordampning, denitrifikation og udvaskning. I kapitel 6 er redegjort for landbrugets gødskning med kvælstof. I kapitel 10 er behandlet processerne fra kvælstof forlader rodzonen til det havner i grundvandet eller i havmiljøet. I kapitel 11 er der givet en oversigt over, hvilken lovmæssig regulering i kvælstofanvendelsen, der er gennemført de sidste 20 år. Men hvilke sammenhænge er der egentlig mellem landbrugets anvendelse af kvælstof og tabet til omgivelserne? Hvordan er miljøtilstanden ændret gennem de sidste 50 år? Skyldes ændringer i miljøets tilstand landbrugets brug af gødning? Og kan vi i det hele taget opretholde en intensiv landbrugsproduktion, hvis vi skal leve op til kravene om at halvere udledningen af kvælstof. Vi vil i denne bog forsøge at give svar på nogle af disse spørgsmål ved at beskrive 8 1. Indledning\n8 2. Kvælstof er en forudsætning for alt liv Grundstoffet kvælstof optræder i en række forskellige kemiske forbindelser i jord og atmosfære (se boks 2.2). Uorganisk rent kvælstof (N 2 ) udgør 78 pct. af atmosfærens forskellige forbindelser. I jorden forekommer uorganisk kvælstof hovedsageligt i form af nitrat (NO 3 - ) og ammonium (NH 4 + ). Men kvælstof indgår også i en række organiske forbindelser og er derfor livsnødvendigt for alle levende organismer. Som det ses i boks 2.1, er kvælstof det mest udbredte grundstof i planter og dyr efter kulstof, ilt og brint. Disse fire grundstoffer, samt undertiden svovl og fosfor, indgår nemlig i aminosyrer, som er byggestenene i protein. Aminosyrerne dannes ud fra sukker fra planternes fotosyntese og uorganisk kvælstof optaget fra jorden. Hvis der er for lidt kvælstof til rådighed for planterne, vil det begrænse deres vækst, uanset om det er i marken eller i den fri natur og i vandmiljøet. I andre tilfælde er væksten begrænset af andre næringsstoffer eller af mangel på vand, og her betyder en ændring i kvælstofforsyningen ingenting for væksten. Skov udgør ca. 12 pct. og landbrugsarealet godt 60 pct. af Danmarks samlede areal. Landbrugsdriften har derfor stor indflydelse på naturoplevelsen og miljøtilstanden i de omgivende arealer og i vandmiljøet (Foto: Henrik Staun). 2. Kvælstof er en forudsætning for alt liv 9\n9 f Boks 2.1: Indhold af de 5 hyppigst forekommende grundstoffer i majs (pct.vægt af tørstof). Efter Finck, A., Kulstof (C): 44 % Ilt (O): 44 % Brint (H): 6,5 % Kvælstof (N): 1,1 % Kalium (K): 0,9 % Andre: 3,5 % f Boks 2.2: Oversigt over forskellige kvælstofformer. Kvælstof- Kemisk Bemærkninger form betegn. Frit kvælstof N 2 Udgør 78% af atmosfæren. Er meget lidt reaktivt, men kan omdannes til (nitrogen) organisk N ved biologisk fiksering af kvælstof. Kan under tordenvejr i atmosfæren oxideres til nitrat. Atmosfæren tilføres N 2 ved denitrifikation i jord og vand, hvor nitrat omdannes til frit kvælstof. Nitrat NO 3 - Ammonium NH 4 + Forekommer først og fremmest i jord og planter. Planter optager og udnytter nitrat direkte. Forbindelser af nitrat indgår i handelsgødning. Forekommer primært i jord og planter. Planter optager og udnytter stoffet direkte. Ammonium dannes, når organisk stof nedbrydes. Ammonium indgår i handelsgødning. Ammoniak NH 3 Ammoniak er en stærk plantegift, der kun forekommer i små mængder i naturen, hvor der er kemisk ligevægt med ammonium. Ammoniak tilføres atmosfæren ved fordampning fra stalde, husdyrgødningslagre, udbragt husdyr- og handelsgødning samt fra afgrøderne. Ammoniak fabrikeres af frit kvælstof og brint. Ammoniak er grundlaget for næsten al produktion af ammoniumholdige handelsgødninger. Urea/amider (NH 2 ) 2 CO Urea er kemisk et amid. Mange dyr udskiller kvælstof som urea med urinen, som ved hjælp af enzymet urease hurtigt omdannes til ammoniak og videre til ammonium. Urea bliver ligeledes anvendt som handelsgødning, der for at blive udnyttet af planterne skal omdannes til ammonium. Kvælstof fra overfladeudbragt urea kan fordampe, fordi det omdannes til ammoniak. Kvælstofoxider NO x En fællesbetegnelse for kvælstofforbindelser, der dannes ved forbrænding eller ved reaktioner i atmosfæren. Lattergas N 2 O Lattergas dannes ved denitrifikation og tabes til atmosfæren. Lattergas (dinitrogenoxid) har betydning som drivhusgas. Aminosyrer NH 2 -COO-R Ca. 20 aminosyrer indgår som byggestenene i protein. Kvælstof indgår som aminogruppe i alle aminosyrer. Protein Protein består af kæder af aminosyrer. Normalt udgør kvælstof ca. 16 vægtpct. af proteinerne. Proteinindholdet kan derfor beregnes som kvælstofindhold x 6,25. Organisk kvælstof En fællesbetegnelse for al organisk bundet kvælstof. I jord forekommer langt den overvejende del bundet i humus Kvælstof er en forudsætning for alt liv\n10 Naturligt økosystem Tilførsel fra atmosfæren (ca. 20 kg N pr ha) Landbrug Høst ( kg N pr ha) Husdyrgødning (0-200 kg N pr ha) Handelsgødning (0-200 kg N pr ha) Atmosfære ( kg N pr ha) Omsætning af organisk stof i jorden Nedfald af blade ( kg N pr ha) N udvaskning (5-10 kg N pr ha) Omsætning af organisk stof i jorden Afgrøderester (ca kg N pr ha) N-udvaskning ( kg N pr ha) d Figur 2.1. Principskitse af kvælstofomsætning i en skov og på landbrugsjord. Kendetegn for skov: Meget lille eksport fra systemet. Hovedparten tilbageføres til den organiske pulje. Store puljer af dødt og levende organisk stof. Optagelse af kvælstof sker i alle perioder af året, hvor der dannes ammonium og nitrat. Lille tab ved nitratudvaskning. I naturen får de fleste planter kvælstof fra nedbøren og fra omsat organisk stof i jorden. Bælgplanter og visse bakterier kan hente det direkte fra luftens N 2. Da kvælstof i naturen stort set ikke fjernes fra arealerne, behøver de naturlige plantesamfund ikke at få tilført ret meget udefra. Ny plantevækst forsyner sig med kvælstof, der er frigjort fra døde planter. Men selv i et naturligt plantesamfund sker der et kvælstoftab fra jorden bl.a. ved udvaskning. Kendetegn for landbrug: Stor eksport af kvælstof fra systemet (med den høstede afgrøde). Gødningsmængder, som erstatter eksport og tab. Jordbehandling og såning af nye afgrøder næsten hvert år. Perioder i sensommer / efterår / vinter uden afgrøder med optagelse af kvælstof. Periodevis stor pulje af nitrat. Stort tab ved nitratudvaskning. Formålet med at dyrke jorden er at høste afgrøder, der kan føde mennesker og husdyr. Det fjerner kvælstof fra jorden, som vi skal erstatte, hvis vi vil opretholde et højt udbytte. Det kan ske ved at tilbageføre husdyrgødning eller slam og kompost fra byerne, som indeholder en stor del af den kvælstofmængde, der er fjernet fra markerne. Man kan også dyrke jorden med afgrøder som ærter, bønner, kløver eller andre bælgplanter, der selv 2. Kvælstof er en forudsætning for alt liv 11\n11 kan forsyne sig med kvælstof ved at fiksere kvælstof fra luften. I vores industrialiserede samfund, hvor størstedelen af befolkningen bor i byerne, er det meget vanskeligt at tilbageføre al den kvælstof, som er bragt derind i fødevarer fra landbruget. Der vil være et uundgåeligt tab af kvælstof, og det er for dyrt at samle alle affaldsstofferne i slammet på rensningsanlæggene. I et industrialiseret samfund sker der en forurening af noget af affaldet med miljøfremmede stoffer, som man ikke ønsker udspredt på landbrugsjorden. Hvis der skal være en tilfredsstillende planteproduktion, er det derfor som regel nødvendigt at supplere med handelsgødning, der indeholder uorganiske forbindelser af kvælstof. På figur 2.1 er i oversigtsform vist kvælstofomsætningen i en skov og i en mark. Selvom man ikke var bevidst om sammenhængen mellem næringsstoffer og planteproduktion før midt i 1800-tallet, har man gennem årtusinder erstattet de fjernede næringsstoffer ved at tilføre organisk gødning. Midt i 1800-tallet begyndte man at diskutere, om man kunne opretholde jordens produktion ved udelukkende at tilføre mineralske (uorganiske) næringsstoffer. Derfor begyndte man ved forsøgstationen Rothamsted i England at sammenligne udbytter af afgrøder i ugødede parceller og parceller gødet med handelsgødning (se figur 2.2). Parcellerne fra 1852 ligger der stadig. Kerneudbytte, ton pr. ha PK-gødning kg N pr. ha.pr. år Ugødet d Figur 2.2. Udbytter i vinterhvede af ugødede parceller og parceller gødet med handelsgødning ved Rothamsted Forsøgsstation i England De stigende udbytter skyldes bedre sorter af vinterhvede og bedre bekæmpelse af ukrudt, svampe og insekter som følge af brugen af kemiske bekæmpelsesmidler (Efter Johnston, 1994). 2. Kvælstof er en forudsætning for alt liv 12\n12 Af figuren ses, at der i alle årene er opnået store stigninger i udbyttet ved at tilføre handelsgødning. Det ses også, at udbytterne i ugødede og især i de handelsgødede parceller er steget siden begyndelsen af 50 erne. Det skyldes, at man har kunnet bekæmpe ukrudt, svampe og insekter mere effektivt og har fået bedre sorter ved forædling af vinterhveden. I Danmark er der lignende forsøg på Askov Forsøgsstation, hvor effekten af husdyr- og handelsgødning er sammenlignet igennem mere end 100 år. Resultaterne her viser også klart, at tilførsel af kvælstof er nødvendig for at nå et højt udbytte af korn, og at det er muligt udelukkende at anvende mineralsk kvælstof i handelsgødning. Ikke mindst på baggrund af resultaterne fra disse forsøg anvendte landbruget op gennem 1900-tallet mere og mere kvælstof i form af handelsgødning. Det stærkt stigende forbrug af kvælstof i 70 erne skyldtes desuden, at flere og flere ejendomme blev drevet uden husdyr, og at man erstattede afgrøder som kløvergræs, der kan udnytte luftens kvælstofindhold, med kvælstofkrævende afgrøder som korn. En anden årsag var, at prisen på kvælstof i handelsgødning faldt, og prisen på korn steg. Det er ikke bare på landbrugsjord, at kvælstof har afgørende betydning for størrelsen af planteproduktionen. Det er også på de omgivende arealer. Mens vi på landbrugsjorden generelt ønsker så stor en produktion som muligt, ønsker vi på naturarealerne at opretholde den oprindelige balance mellem de enkelte plante- og dyrearter. Hvis vi vil bevare de oprindelige plantesamfund i f.eks. næringsstoffattige heder og højmoser, må der ikke komme for store mængder kvælstof udefra. I vandmiljøet kan tilførsel af for meget kvælstof forøge væksten af alger mv. så drastisk, at der, når algerne dør og omsættes af iltforbrugende mikroorganismer, kan opstå iltsvind i større områder af fjordene og havene. Bunddyr, der ikke kan flygte, bliver kvalt, og i ekstreme tilfælde dør også fisk. I grundvandet ønsker vi (ligeledes) at opretholde et lavt nitratindhold, fordi et stort nitratindhold i drikkevand betragtes som sundhedsskadeligt. Enhver landbrugsproduktion vil give et større tab af kvælstof til omgivelserne end fra naturarealer. Danmark er det europæiske land, hvor landbrugsjorden udgør den største del af det samlede areal (godt 60 pct.), og vi har en stor husdyrproduktion. Samtidig er vi omgivet af følsomme indre farvande (fjorde mv.), hvor for store tilførsler af kvælstof forrykker den naturlige balance. Det er i samfundets interesse at opretholde en stor landbrugsproduktion af hensyn til eksport, beskæftigelse og befolkningsfordeling. Men samtidig skal vi opretholde et godt miljø. Derfor er det vigtigt at finde ud af, hvordan tabet af kvælstof kan minimeres i landbrugsproduktionen, og hvordan omgivelserne påvirkes af den mængde kvælstof, de modtager fra landbrugsjorden. Det overordnede kvælstofkredsløb For at forstå de landbrugsmæssige forhold, der kan give et stort kvælstoftab og omvendt hvordan man undgår dem, er det vigtigt at forstå det overordnede kvælstofkredsløb. Der sker hele tiden en omsætning mellem forskellige former af kvælstof. Desuden sker der en transport af forskellige kvælstofforbindelser mellem 2. Kvælstof er en forudsætning for alt liv 13\n13 luften, jorden og vandet. I de følgende kapitler vil vi gå i detaljer med en række af disse processer, men det er vigtigt hele tiden at holde sig det overordnede kvælstofkredsløb for øje. På figur 2.3 er vist en oversigt over kvælstofkredsløbet i naturen. For at forstå hvorfor og hvordan kvælstoftabet fra landbruget påvirker forskellige dele af naturen, er det vigtigt at forstå dette kredsløb. NH 3, NOX Hav Rensningsanlæg NOX By NH3 N i handelsgødning N i husdyr gødning Marker NOX Marker N2 Skov NO3 N2 NO3 Dræn N i afgrøder NO3 N2 NO3 Overfladisk afstrømning N2 Mose N2 Grundvand d Figur 2.3. Oversigt over hvordan kvælstof bevæger sig mellem luften, jorden og vandet. Kvælstof tilføres med handelsgødning, husdyrgødning og kvælstoffiksering. Nitrat er opløseligt i vand. Derfor følger kvælstof vandets kredsløb. Kvælstof transporteres med overskudsnedbøren om vinteren til grundvandsmagasiner eller gennem overfladisk afstrømning og dræn til vandløb. En del af vandet i grundvandsmagasinerne når frem til vandløbene. I vandløbene transporteres kvælstof ud i havet. Under transporten fra marken til havet omdannes en del af kvælstoffet til luftformigt kvælstof. Det sker under transporten til og i grundvandsmagasinerne, ved afstrømning fra marken til vandløbene på eller nær jordoverfladen, i selve vandløbene, ved gennemstrømning af søer eller ved vandløbenes lejlighedsvise oversvømmelser af enge. Derfor kan man ikke sætte lighedstegn mellem udvaskning af kvælstof fra landbrugsjorden og tilførslen af kvælstof til vandmiljøet fra landbrugsjorden. Litteratur: Finch, A., 1976: Pflanzenernährung in stichworten. 3. Auflage, Kiel. Johnston, A.E., 1997: 50th anniversary: Fertilizer and Agriculture: 50 Years of Development and Challenges. The International Fertilizer Society, Proc. no Kvælstof er en forudsætning for alt liv\n14 3. Kvælstof som miljøproblem For meget kvælstof i grundvand og overfladevand er et problem. Det skyldes, at for store koncentrationer af nitrat i drikkevand opfattes som sundhedsskadeligt, og for store koncentrationer i overfladevand kan påvirke sammensætningen af dyreog plantelivet i vandet og indirekte medføre iltsvind. Kvælstof i grundvand Danmarks drikkevand kommer stort set kun fra oppumpet urenset grundvand, så stoffer i grundvandet påvirker drikkevandskvaliteten. Blå børn er det mest akutte sundhedsmæssige problem ved meget store mængder nitrat i drikkevandet. I spædbørns fordøjelsessystem reduceres nitrat til nitrit, som blokerer for blodets transport af ilt. Hos større børn og voksne bliver nitrat optaget i blodet, inden det i fordøjelsessystemet reduceres til nitrit. De meget få danske tilfælde af blå børn stammer fra 60 erne. I alle tilfælde var der over eller omkring 200 mg nitrat/l drikkevand, og brøndene var samtidig forurenet med bakterier. Antagelig stammede bakterierne fra nærliggende kloakker og/eller møddinger, der også kan have været kilder til de høje nitratindhold. Tidligere lå mange brønde på landet på gårdspladser nær afløb fra beboelsen og fra staldene. Det er opfattelsen, at risikoen for at få mavekræft er større, hvis man indtager meget nitrat. Kroppen kan omdanne nitrat til nitrosaminer, der i dyreforsøg har vist sig at fremkalde kræft. Men det er svært at påvise en entydig risiko, da nitrat kun er én af mange faktorer, der påvirker risikoen for mavekræft. Den acceptable mængde af nitrat, som indtages med kosten, angives af EU til at være 3,65 mg nitrat pr. kg legemsvægt pr. dag, dvs. 200 mg nitrat pr. dag for en person med en vægt på 60 kg. Med udgangspunkt i EU s drikkevandsdirektiv er der fastsat vejledende og højest tilladelige grænseværdier for nitrat i dansk drikkevand. EU s vejledende og højest tilladelige nitratindhold i drikkevand er angivet i nedenstående tabel. Vejledende / Højst tilladelig mg nitrat pr. liter Danmark EU WHO Kvælstof som miljøproblem 15\n15 Drikkevandet må altså højst indeholde 50 mg pr. liter, men det skal tilstræbes, at indholdet ikke overstiger 25 mg pr. liter. Brønde og boringer til fælles vandforsyninger, der indeholder mere end 50 mg nitrat pr. liter lukkes af myndighederne. Hvis vi drikker vand, som indeholder 50 mg nitrat/l, og ellers indtager en normal alsidig kost, stammer omkring 1/3 af det nitrat, vi indtager, fra vandet. Resten kommer bl.a. fra grønsager. Hvis vi derimod spiser mange grønsager med et højt indhold af nitrat, udgør mængden af nitrat fra drikkevand under 1/5 af den samlede mængde nitrat, vi indtager, selvom nitratindholdet i drikkevandet er på grænseværdien. I England viste en undersøgelse i 1997, at hver person i gennemsnit fik 88 mg nitrat fra kosten incl. vand og andre drikkevarer. Det er betydeligt under de vejledende værdier for det maksimale indtag af nitrat. Derfor udgør vand med et nitratindhold på selv et stykke over 50 mg pr. liter næppe nogen egentlig sundhedsrisiko. Til små børn, der får al eller næsten al deres væske fra vand i modermælkserstatning anbefaler Miljøstyrelsen ikke at anvende vand med mere end 25 mg nitrat pr. liter. Hos små børn kan nitraten som tidligere nævnt omdannes til det giftige nitrit af bakterier. Derfor anbefales det i øvrigt at koge nitratholdigt vand til småbørn for at undgå at tilføre bakterier sammen med vandet. Drikkevandsboring ved Boulstrup Vandværk. Boulstrup vandværk er et typisk regionalt vandværk med 3 indvindingsboringer og en indvindingstilladelse på m 3 om året. Grundvandsdannelsen i magasinet er omkring m 3 om året svarende til et indvindingsområde på ca. 700 ha. (Foto: Aarhus amt) Kvælstof som miljøproblem\n16 Indhold af nitrat i grundvand og drikkevand I 80 erne var et af argumenterne for at regulere landbrugets brug af gødning, at indholdet af nitrat i grundvandet steg, som det fremgår af figur 3.1. I figuren indgår alle de analyser af drikkevand, der blev foretaget i de enkelte år for boringer dybere end 10 meter (i alt analyser). Herunder også analyser fra private boringer. Der er sket meget siden En større del af forsyningen med drikkevand stammer nu fra fælles vandforsyninger, som indvinder vand fra stor dybde. Indholdet af nitrat i drikkevandet er som gennemsnit faldet i de senere år (figur 3.2), hvilket kan skyldes dybere boringer. mg NO 3 /I , ,0 4,6 4,9 3,8 8,2 6,5 7,2 10,2 13,3 h Figur 3.1. Indholdet af nitrat i boringer over 10 meter (Miljøstyrelsen, 1983). 1 0 før efter Nitrat i mg/l 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0 5,8 5,6 5, d Figur 3.2. Indholdet af nitrat i drikkevandet (Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, 1995). 3. Kvælstof som miljøproblem 17\n17 g Figur 3.3. Områder med højt indhold af nitrat i grundvandet (angivet med farve). (Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, 1995). Der er mest nitrat i grundvandet i det område, man kalder nitratbæltet, som strækker sig fra Himmerland ned over Djursland, samt lokalt i Sydvestjylland og på øerne se figur 3.3. f Boks 3.1. Nitratindholdet i drikkevand. I Danmark anvender vi næsten altid urenset grundvand som drikkevand. Det rene grundvand findes generelt under natur- og landbrugsarealer og ikke under byområder. Generelt er indholdet af nitrat i dansk drikkevand lavt. 73% af vandværkerne leverer vand med under 5 mg nitrat pr. liter, og kun 2% overskrider grænseværdien på de 50 mg nitrat pr. liter. I Grundvandsovervågningen følger man udviklingen af nitrat i de samme boringer år efter år. Indholdet af nitrat i det øvre grundvand har været konstant siden I nogle områder, hvor grundvandet er særligt følsomt for forurening, kan det Når der er særlige problemer i nitratbæltet, er det fordi undergrunden her består af kalk. I kalklagene sker der kun en omdannelse af en mindre mængde nitrat til frit kvælstof (se kap. 5). Områder med særlige problemer med højt nitratindhold i grundvandet udgør kun 4% af landbrugsarealet i Danmark. være nødvendigt at indføre mere skånsomme dyrkningsmetoder i landbruget for at beskytte grundvandet mod nitratforurening. Boulstrup vandværk som vist på billedet side 16 er et typisk regionalt vandværk med 3 indvindingsboringer og en indvindingstilladelse på m 3 om året. Grundvandsdannelsen i magasinet er omkring m 3 om året. Et typisk lokalt vandvæk har en enkelt boring med en indvindingstilladelse på omkring m 3 om året. Et vandværk med en indvindingstilladelse på m 3 vil typisk indvinde vand fra et område på ha. Vandforbruget i Danmark er ca. 140 l pr. døgn pr. person Kvælstof som miljøproblem\n18 Kvælstof i vandløb I vandløb betyder uorganisk kvælstof næsten intet for miljøtilstanden. Miljøtilstanden i vandløb bestemmes hovedsageligt af de fysiske forhold, udledning af spildevand, okker og evt. miljøfremmede stoffer. (Foto: Claus Haagensen/Chilifoto). Kvælstof i vandmiljøet Det er vanskeligt at sige, i hvor høj grad en ændring i tilstanden i vandmiljøet i de sidste år skyldes større tab af kvælstof fra landbruget. Der er nemlig ikke blot sket en ændring i tilførslen af kvælstof til vandmiljøet, også tilførslen af andre næringsstoffer er øget. Endelig kan der også være en vis effekt af klimatiske ændringer. Kvælstoffets betydning er forskellig afhængig af, om der er tale om vandløb og søer eller fjorde og havområder. I vandløb betyder koncentrationen af uorganisk kvælstof (nitrat og ammonium) normalt næsten intet for miljøtilstanden, der hovedsagelig er bestemt af de fysiske forhold, udledning af spildevand, okker og evt. miljøfremmede stoffer. Tidligere tiders udretning af åerne, hårdhændet opgravning og grødeskæring har stor indflydelse på miljøtilstanden. Landbruget udledte tidligere en del kvælstof i form af ensilage- og møddingsaft. I nogle tilfælde ledte man også ajle og gylle direkte ud i vandløb og søer. Husdyrgødning indeholder ammoniak, der selv i små mængder kan forårsage fiskedød. Husdyrgødning og saft fra ensilage forbruger meget ilt, når dets indhold af organisk stof bliver nedbrudt i et vandløb. Fiskene dør i sådanne situationer af iltmangel. Direkte udledninger af husdyrgødning og ensilagesaft til vandløbene ofte kaldet gårdbidraget blev stoppet sidst i 80 erne. Der bliver dog stadig udledt organisk kvælstof til vandløbene. Men det stammer mest fra urenset spildevand fra huse i områder uden rensningsanlæg. Generelt er miljøtilstanden i vandløbene blevet bedre gennem de senere år. En undersøgelse af større fynske vandløb viser, at andelen af vandløb med en tilfredsstillende miljøtilstand, er fordoblet fra 30 til 60 pct. de seneste 15 år. (Fyns amt 1997). Det er især en effekt af stop af de direkte udledninger. I perioden er der foretaget en generel landsdækkende overvågning af vandløb. Der er ikke observeret en statistisk sikker udvikling i vandløbenes miljøtilstand. Ca. halvdelen af vandløbene er i en moderat dårlig tilstand. 3. Kvælstof som miljøproblem 19\n19 De små vandløb udgør en stor andel af de stærkt påvirkede vandløb, blandt andet fordi de er mest sårbare for forurening fra f.eks. spredte huse i landområderne, hvor der normalt ikke er kloakeret. Kvælstof i søer I søer er det hovedsageligt fosfor, der har betydning for miljøtilstanden. Er fosforkoncentrationen i søerne for høj, kan der ske en opblomstring af især blågrønalger, der ligesom bælgplanter kan optage kvælstof ved fiksering af frit kvælstof fra luften. Algerne er oftest giftige. En sådan opblomstring sker typisk midt på sommeren. Selv om udledningen af fosfor er mindsket betydeligt, er mange søer stadig i en dårlig miljømæssig forfatning. Det skyldes i høj grad, at der stadig er store depoter af fosfor på bunden af søerne fra tidligere udledninger. Det ser dog ud til, at miljøet i en del søer er blevet bedre de seneste år. Selvom fosforkoncentrationen endnu ikke er så lav som ønsket, har man flere steder forbedret miljøet ved at benytte nye metoder til restaurering af et forholdsvist stabilt dyreliv. Kvælstof i fjordene Mens kvælstof ikke har den store miljømæssige betydning i de ferske vande, har man siden først i 80 erne forklaret iltsvind (se faktaboks 3.2 side 22) i fjorde og de indre farvande med en større kvælstofudledning til det marine miljø. Der har altid været iltsvind i danske farvande også I søer er det oftest mængden af fosfor, der har betydning for miljøtilstanden. For meget fosfor kan føre til en opblomstring af alger om sommeren. Undertiden er der tale om giftige blågrønalger. (Foto Søren Holm/Chilifoto) Kvælstof som miljøproblem\n20 for flere hundrede år siden. Men udbredelsen og hyppigheden af iltsvind er i følge flere forskere taget til i forhold til for år siden. Der findes imidlertid ingen sikre statistiske opgørelser af udbredelsen af iltsvind gennem en længere årrække. Iltsvind forekommer, når algevæksten i perioder er for stor, og der samtidig er perioder med høje temperaturer og vindstille. Udover de klimatiske forhold påvirkes algevæksten navnlig af tilførslen af kvælstof og fosfor til vandet. Algevæksten begrænses, hvis bare ét af næringsstofferne mangler. Størrelsen af algevæksten om foråret er normalt begrænset af fosfor, mens algevæksten om sommeren ofte er begrænset af kvælstof. Baggrunden for iltsvind i fjorde og i havet er beskrevet mere detaljeret i faktaboks 3.2. Miljøtilstanden i fjordene Det er vanskeligt generelt at beskrive udviklingen af miljøet i fjordene bl.a. på grund af mangel på data for en lang årrække. For enkelte områder findes data fra midten af 70 erne. Som indikator for miljøtilstanden bruges bl.a. iltindholdet i vandet og udbredelsen af ålegræs. Iltindholdet i fjordene (fig. 3.4) angives generelt at have været faldende de seneste årtier. Selv om der er store forskelle i udviklingen fra område til område, er den generelle tendens, at faldet i iltindholdet er bremset de seneste år. Det er formentlig påvirket af den ekstremt lave kvælstofudvaskning i de tørre år 1996 og På grund af de store klimatiske udsving skal der mange års data til at påvise en statistisk sikker udvikling. Udbredelsen af ålegræs bruges også som indikator for miljøtilstanden i fjordene. Iltsvind forekommer i fjordene specielt i august september, hvis temperaturen er høj og der gennem en længere periode er forholdsvis vindstille. Ved kraftigt iltsvind kan hele bundfaunaen dø væk, og der kan opstå et»liglagen«på bunden. Genetablering af bunddyrsfaunaen begynder kort tid efter, at der igen er skabt iltede forhold, men det kan vare 3-5 år inden bestande af muslinger og krebsdyr er fuldstændig genetableret (Foto: Nanna Rask, Fyns amt). Undersøgelser har vist, at arealet med ålegræs i fjordene blev reduceret med 40 pct. i løbet af 1900-tallet. Tilbagegangen fra 50 erne til 80 erne relateres til et stigende næringsstofindhold i fjordene, og der er påvist en direkte sammenhæng mellem ålegræssets dybdegrænse og kvælstofkoncentrationen i vandet. Udledning af kvælstof over tid Kvælstoftilledningen til det marine miljø (fjorde, indre farvande, Nordsøen mv.) er først opgjort detaljeret siden Kvælstofafstrømningen gennem de 3 største vandløb Gudenåen, Skjern Å og Odense 3. Kvælstof som miljøproblem 21\n21 f Boks 3.2. Hvordan opstår iltsvind? Om vinteren er der under danske forhold så lave temperaturer og så lidt lys, at der kun er en meget lille produktion af alger. Hyppig og kraftig vind omrører vandet, så der kommer iltrigt overfladevand til bunden. Derfor er der så godt som aldrig iltsvind om vinteren. Om foråret stiger lysets intensitet og temperaturen. Der er også masser af næring i vandet, fordi der i løbet af vinteren er udvasket kvælstof og fosfor. Så kan algerne formere sig så hurtigt, at vandet kan blive helt uklart. Man siger, at de»blomstrer«. De smådyr, der lever af algerne, kan ikke formere sig nær så hurtigt som algerne. Ved at blokere for lyset skader de mange alger bundplanterne i de lave områder. Samtidig kan de øverste alger skygge for de nederste, der dør og falder til bunden. Opblomstringen stopper, når enten kvælstof eller fosfor er brugt op, og mængden og forholdet mellem disse næringsstoffer spiller derfor en rolle for opblomstingens størrelse. Store mængder døde alger synker til bunds, hvor bakterier nedbryder deres organiske stof under forbrug af ilt. Forbruget af ilt kan hen over sommeren blive så stort, at der opstår iltmangel ved bunden. Risikoen øges, når vandet bliver opvarmet af solen, fordi der dannes springlag i vandet (overgang mellem vand i overfladen med lavt saltindhold og mere saltholdigt vand ved bunden), som hindrer iltrigt overfladevand i at strømme til bunden. Springlagene kan kun nedbrydes ved, at det blæser kraftigt i nogle dage. Vejret om sommeren spiller derfor en meget væsentlig rolle for, om der opstår iltsvind. Sent på sommeren er ilten ved bunden næsten brugt op, hvis for mange alger er sunket til bunds. Hvis der samtidig kommer en lang periode uden blæst, er der stor risiko for iltsvind. Det er værst, hvis det også er meget varmt, fordi det fremmer algevæksten og dermed øger forbruget af ilt, og fordi vandet ikke kan indeholde så meget ilt ved høje temperaturer. Man taler om iltsvind ved en iltkoncentration på under 4 mg ilt pr. l, hvor fisk begynder at flygte. Hvis koncentrationen når ned på under 2 mg ilt pr. l, taler man om kraftigt iltsvind. Bunddyr og muslinger vil søge op af havbunden og om muligt flygte fra området. Der dannes ofte et lag af hvide svovlbakterier, der lever af den svovlbrinte, der frigøres fra havbunden. Svovlbrinte er imidlertid giftig for iltåndende organismer, og kommer svovlbrinten helt op i vandet, vil mange dyr og planter dø. De hvide svovlbakterier udgør således den sidste barriere for den alvorligste form for iltsvind bundvending hvor svovlbrintebobler frigøres fra havbunden og river sedimentet med op i vandet. Hvor hurtigt der igen etableres et stabilt bunddyrssamfund efter tilførsel af ilt afhænger af størrelsen af iltsvindsområdet. Allerede året efter iltsvind vil der være børsteorme og andre mobile bunddyrsarter, mens længerelevende organismer som muslinger og krebsdyr først vil etablere sig i løbet af 3-5 år. I denne periode er området særligt følsomt for nye iltsvind Kvælstof som miljøproblem\n22 Trådalger og søsalat udkonkurrerer de flerårige makroalger ved høje næringsstofkoncentrationer. Trådalger danner tykke tæpper over f. eks. ålegræs, som herved bliver udkonkurreret og mange nicher for fiskeyngelopvækst og for fødesøgning for større fisk forsvinder. Når trådalgerne eller søsalaten stiger op til overfladen i varme sommerperioder, driver de ofte ind til kysten, hvor de ligger og rådner, ofte under udvikling af ildelugtende svovlbrinte (Foto: Nanna Rask, Fyns amt). Å er målt siden sidst i 60 erne. Figur 3.5 viser udviklingen i kvælstofkoncentrationen i vandet afstrømmet gennem Gudenå, Odense Å og Skjern Å. mg/l ODF (april-juni) Hele perioden Kvælstofkoncentrationen i Odense Å viste en stigende tendens i perioden Den var konstant frem til 1993, hvorefter der er en faldende tendens. En statistisk analyse af data fra Odense Å viser, at udviklingen i kvælstofkoncentrationen ikke er statistisk sikker. I Skjern Å og i Gude d Figur 3.4. Tidslig udvikling i lavest målte iltindhold (mg/l) i bundvandet på en målestation i Odense Fjord (ODF17). Den fuldt optrukne linie er tendensen (liniær regression) for årene og den stiplede for (Kilde: Fyns Amt, 1998). 3. Kvælstof som miljøproblem 23\n23 h Figur 3.5. Nitratkoncentrationen i Gudenå, Skjern Å og Odense Å (Modificeret efter Larsen, et al., 1998) Nitrat (mg NI -1 ) Gudenå Nitrat (mg NI -1 ) Skjern Å Nitrat (mg NI -1 ) Odense Å I I I I I I I I I I I I I I I I nåen ses samme udvikling. I Skjern Å var stigningen i kvælstofkoncentrationen statistisk sikker. Der ses altså en stigende tendens i kvælstofkoncentrationen fra 60 erne til sidst i 80 erne fra de 3 store åer. Ser vi på et større antal vandløb (figur 3.6), har afstrømningen af kvælstof (korrigeret for svingninger i den årlige afstrømning) været konstant fra 1978/79 frem til 1996/97 på sandjord, mens den på lerjord er faldet siden 1993/94. I 1996 var afstrømningen historisk lav, og i 1997 var den også mindre end normalt. For perioden 1989 til 97 er beregnet et fald i kvælstoftransporten på 7%. Faldet er kun statistisk sikkert for en del af vandløbene. I kapitel 10 omtales udviklingen i koncentration og transport af kvælstof i vandløb gennem de senere år, herunder forskellen på vandløb i ler- og sandjordsoplande Kvælstof som miljøproblem\n24 Sand % /79 82/83 86/87 90/91 94/95 98/99 Ler % /79 82/83 86/87 90/91 94/95 98/99 g Figur 3.6. Udviklingen i afstrømning af kvælstof i vandløb korrigeret for forskellig afstrømningsmængde pr. år. Gennemsnit af ca. 55 vandløb opdelt på lerede og sandede områder og en blanding. 0% linien er gennemsnittet for 9-års perioden før Vandmiljøplan I s vedtagelse (1978/ /87). (Bøgestrand, J. (red.), Faglig rapport fra DMU, nr. 292). Sand/ler % /79 82/83 86/87 90/91 94/95 98/99 3. Kvælstof som miljøproblem 25\n25 År Brutto Afstrømning tilførsel tons N mill. m 3 vand d Tabel 3.1. Årlig tilførsel af kvælstof til havmiljøet via vandløb og direkte udledninger af spildevand. Under transporten gennem vandløb og søer er der ved denitrifikation fjernet ca. 10 pct. af det kvælstof, der blev udledt til vandløbene. Det ses, at der er en nær sammenhæng mellem afstrømning og udledning af kvælstof. (mod. fra Bøgestrand, J. (red), Faglig rapport fra DMU, nr. 292). Det fremgår af tabel 3.1, at udledningen af kvælstof til det marine miljø var omkring 30% mindre i perioden end i perioden , og at udledningen i 1996 og 1997 var under gennemsnittet. Det skyldes i høj grad den ekstremt lave afstrømning. Ved at korrigere for den svingende afstrømning kan man som i vandløbene få et udtryk for udviklingen i udledningen. Tendensen er, at der er et fald i udledningen fra landbruget, og i Storebæltsregionen er faldet statistisk sikkert. Over en længere årrække viser dataene en tendens til stigning i udledningen af kvælstof til det marine miljø i perioden fra sidst i 60 erne til sidst i 70 erne. Derimod viser den detaljerede opgørelse af udledningen en mindre udledning af kvælstof i 90 erne end i 80 erne. Betydningen af en ændring i kvælstofudledningen til fjordene. For at se om det er en større udledning af kvælstof, der er årsagen til det faldende iltindhold (vist i figur 3.4), er det nærliggende at se på udviklingen i kvælstofkoncentrationen i fjordene. En analyse af udviklingen i vinterkoncentrationen af kvælstof i fynske fjorde, fra 1976 til 1989 og frem til 1997, viste ingen statistisk sikker udvikling. I 4 fjorde var der en faldende tendens, mens der var en stigende tendens i 2 fjorde. Datamaterialet går ikke langt nok tilbage til at afsløre, om der er sket en stigning i kvælstofkoncentrationen i fjordene siden 50 erne. Den øgede tilledning af kvælstof fra midten af 60 erne til midten af 70 erne (figur 3.5) har haft betydning for den stigende produktion af planteplankton i vandmiljøet. Udledningen af fosfor til vandmiljøet fra byerne var samtidig stor. Det betød, at væksten af algerne om foråret ikke blev begrænset af fosfor og om sommeren ikke af kvælstof. Den udledte mængde fosfor er mindsket kraftigt, efter rensningsanlæggene er udbygget sidst i 80 erne. Derfor er algevæksten nu i stigende omfang begrænset af fosfor, og det vil den blive yderligere i fremtiden, når fosfordepoterne på bunden Kvælstof som miljøproblem\n26 af søer og fjorde er opbrugte. Det er imidlertid meget vanskeligt at forudsige den samlede miljømæssige effekt af en reduceret tilførsel af kvælstof og fosfor. På basis af en analyse fra et par fjorde har Danmarks Miljøundersøgelser beregnet, at hvis indholdet af totalkvælstof i vandet halveres, vil algeproduktionen falde med 25 pct, antallet af dage med iltsvind blive halveret og udbredelsen af ålegræs stige med 70 pct., men effekten vil afhænge af lokale forhold. En illustration af betydningen af en reduceret næringsstoftilledning til vandmiljøet så man i 1996 og 1997, hvor både udledningen af kvælstof (se tabel 3.1) og fosfor var meget lav på grund af den lave vinternedbør. I begge år målte man bl.a. i fynske fjorde lave næringsstofkoncentrationer, lav produktion af plankton, højt iltindhold i vandet, en god sigtbarhed og også en øget udbredelse af ålegræs. Meget tyder på, at der er tale om en selvforstærkende effekt. Hvis miljøtilstanden er blevet dårlig, er det vanskeligt at vende udviklingen. Men når det sker, bliver forholdene til gengæld hurtigt bedre, og formentlig mere robust i perioder hvor klimaet er kritisk. De indre danske farvande Også i de indre danske farvande har der i nogle år været problemer med iltsvind. En analyse af udviklingen i vandets indhold af ilt har vist, at det er faldet ca. 25 pct. siden begyndelsen af 60 erne (figur 3.7). På grund af de komplicerede strømningsforhold i de indre farvande er det vanskeligt at afklare, i hvor høj grad den lavere Ilt (mg O 2 pr. l) Skagerak S Kattegat S d Figur 3.7. Gennemsnitlige iltkoncentrationer under springlaget i det sydlige Kattegat i månederne august oktober fra 1965 til Ved 4 mg ilt pr. liter kalder man tilstanden for iltsvind, og kraftigt iltsvind er under 2 mg ilt pr. liter (efter Havmiljøet under forandring, 1996). 3. Kvælstof som miljøproblem 27\n27 iltkoncentration skyldes en øget udvaskning af kvælstof fra de danske landbrugsjorde. Der er nemlig en meget stor udskiftning af vand i Kattegat og Bælthavet. Fra Østersøen strømmer der i de øverste vandlag store mængder vand med et lavt saltindhold til Skagerak. Omvendt strømmer der i de nederste vandlag også store mængder vand med et højt saltindhold fra Skagerak til Østersøen. Både de specielle strømningsforhold og transporten af næringsstoffer påvirker miljøet. Som eksempel kan nævnes, at en stor del af bundvandet i Kattegat i visse tilfælde, afhængigt af klimatiske forhold (høj- og lavtryk), kan blive udskiftet med indstrømmende vand fra Skagerak i løbet af få uger. Vandet fra Skagerak stammer oftest men ikke altid fra det nordlige Atlanterhav og indeholder tilstrækkelig med ilt. I enkelte år kan der om foråret strømme store mængder vand, som er forurenet med næringsstoffer, fra Skagerak til Kattegat. Vandet stammer fra de tyske floder og bliver ført op langs den jyske vestkyst med den såkaldte Jyllandsstrøm, der er en udløber af Golfstrømmen. Figur 3.8 viser mængden af næringsstoffer, der føres til og fra de indre danske farvande. Det er store mængder, der transporteres. Modelberegninger tyder på, at en reduceret udledning af kvælstof fra Danmark kun i nogen grad vil kunne forbedre miljøet i de indre farvande. De viser også, at det er meget vigtigt, at de øvrige lande begrænser udledningen, hvis effekten for alvor skal være mærkbar. Samtidig skal man være opmærksom på, at der afsættes mere kvælstof til havet fra atmosfæren end den samlede kvælstofudledning fra Danmark via vandløb og punktkilder. Skagerak Kattegat Bælthavet 40 Ferskvand Atmosfæren N-transport d Figur 3.8. Kvælstoftransport ind og ud af Kattegat. Kvælstoftransport i tusind ton pr. år. (Fra Havmiljøet under forandring, 1996) Kvælstof som miljøproblem\n28 Øget tilførsel af uorganisk kvælstof (nitrat og ammonium) til vandløb og søer forringer generelt ikke deres miljøtilstand. Derimod påvirkes tilstanden i fjorde og havområder negativt og risikoen for iltsvind i fjordene og havet stiger. Betydningen af en øget tilledning af kvælstof skal man dog se i sammenhæng med effekten af tilførslen af fosfor. Reduktionen i udledningen af fosfor vil reducere algeproduktionen og dermed risikoen for iltsvind. En reduktion i kvælstofudvaskningen fra landbrugsjorden vil få betydning for miljøet i fjordene. Betydningen for miljøet i de indre danske farvande og Kattegat er derimod mere usikker, fordi tilførsel af kvælstof fra atmosfæren og andre lande spiller en stor rolle. Mængden af kvælstof tilført fra vandløb til havet steg tilsyneladende i perioden Derefter var den konstant frem til 93/94, hvor den begyndte at falde igen. Målinger viser, at indholdet af ilt i såvel fjorde som havområder er faldet fra 60 erne til slutningen af 80 erne. Derimod kan man ikke påvise et stigende kvælstofindhold. d Boks 3.3. Betydning af kvælstof i vandmiljøet. Næringsstofberigelse (eutrofiering) af naturarealer Når der afbrændes fossile brændstoffer, og når der fordamper ammoniak fra husdyrgødning, kommer der kvælstofforbindelser op i atmosfæren. Herfra kommer kvælstoffet til følsomme naturområder med nedbøren. På den måde blev der sidst i 90 erne årligt tilført omkring 15 kg N pr. ha. I 50 erne var det kun mellem 5 og 10 kg, men sidst i 80 erne over 20 kg pr. ha. To tredjedele er ammoniak fra husdyrgødningen, og en tredjedel er kvælstof-ilter (NOx) fra de fossile brændstoffer. Højmoser er meget følsomme for tilførsel af næringsstoffer. Den oprindelige sammensætning af plantearter er bestemt af, at tilførslen af næringsstoffer er meget beskeden. I dag er mange højmoser ved at gro til, og hvis vi skal bevare dem, forudsætter det, at vi fjerner uønsket vegetation. Tilførslen af kvælstof skal under 5 kg pr. ha pr. år for at bevare det oprindelige præg. Hederne er en anden næringsstoffattig biotop. De er ikke så følsomme som højmoserne. Der er ikke tegn på, at de danske heder er ved at gro til på grund af for meget kvælstof. Men i Holland, hvor der bliver tilført dobbelt så meget kvælstof fra atmosfæren som i Danmark, er mange heder ved at gro til med græs. Forskerne mener, at de danske heder kun kan tåle op til 10 kg kvælstof pr. ha pr. år, men trods tilførslen i en periode har været over 20 kg kvælstof pr. ha., er der endnu ikke set tegn på tilgroninger. 3. Kvælstof som miljøproblem 29\n29 Litteratur: Bak, J. m. fl., 1999: Natur- og Miljøeffekter af Ammoniak, Ammoniakfordampning redegørelse 3. Danmarks Jordbrugs Forskning. Bøgestrand, J. (red.), 1999: Vandløb og kilder NOVA Danmarks Miljøundersøgelser. 132 s. Faglig rapport fra DMU nr Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, 1996: Grundvandovervågning Miljø- og Energiministeriet. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, 1997: Grundvandovervågning Miljø- og Energiministeriet. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelser, 1998: Grundvandovervågning Miljø- og Energiministeriet. Danmarks Statistik, 2000: Nitrat i drikkevandet Nyt fra Danmarks Statistik, 22/ Fyns Amt, 1997: De fynske vandløb. Vandmiljøovervågning. Tema: Ferskvand, 210s. ISBN Fyns Amt, maj 1998: Vandmiljøregulering. Kystvande Næringsstoftilførsel, Vandkvalitet og forureningstilstand. Årsager og udvikling Halle, M. N. and J. L. Jones, 1999: Public confidence in fertilizers and in food quality and safety. Proc. no. 441, The International Fertilizer Society, United Kingdom. Havmiljøet under forandring, 1996: Havforskning fra Miljøstyrelsen nr. 61,120 s. Henriksen, L. H. m. fl., 1995: Ammoniakfordampning fra landbruget. Miljø- og Energiministeriet, Miljøprojekt nr Kofoed, A. D., 1983: Nitrat i drikkevand og sundhedsfare I. Ugeskrift for Jordbrug nr. 17 Kofoed, A. D., 1983: Nitrat i drikkevand og sundhedsfare II. Ugeskrift for Jordbrug nr. 18 Kaas, H. m. fl., 1996: Marine områder. Danske Fjorde Status over miljøtilstand, årsagssammenhænge og udvikling. Vandmiljøplanens Overvågningsprogram Danmarks Miljøundersøgelser. 205 s Faglig rapport fra DMU nr Larsen, S.E. m. fl., 1998: Trends in diffuse nutrient concentration and loadings in Denmark: Statistical trend analysis of streams monitoring data. Paper presented at the 3rd. International Conference on Diffuse Pollution, 31 August-4 September 1998, Edinburgh. International Association on Water Quality. Lomstein, B. Aa. (red), 1999: Havmiljøet ved årtusindskiftet. Olsen&Olsen, Fredensborg. Miljøstyrelsen, oktober 1983: Nitrat i drikkevand og grundvand i Danmark. Redegørelse fra Miljøstyrelsen. Miljøstyrelsen, 1999: Vandmiljø-99. Redegørelse fra Miljøstyrelsen nr. 1. Rask, N. m. fl., 1998: Lav belastning giver rent havmiljø. Vand og Jord, nr. 3. Simmelsgaard, Sv. E. m. fl.,1999: Udvikling i kvælstofudvaskning fra landbruget belyst ved målinger. Samlet og udgivet af Landskontoret for Planteavl ved Leif Knudsen. Windolf, J. m. fl., 1998: Ferske vandområder vandløb og kilder. Vandmiljøplanens Overvågningsprogram Danmarks Miljøundersøgelser 104 s Faglig rapport fra DMU nr Kvælstof som miljøproblem\n30 4. Kvælstofbalancer i landbruget I de foregående afsnit har vi set, at der er tegn på, at koncentrationen af kvælstof i vandløb, søer og fjorde og i nogle områder i grundvandet er steget siden 50 erne, selvom det ikke kan påvises statistisk sikkert ved målinger. I dette kapitel vil vi se på, hvordan udviklingen i landbrugets udnyttelse af kvælstof har været. Kvælstofstrømme I figur 4.1 er vist kvælstofkredsløbet for dansk landbrug i 50 erne, 80 erne og i slutningen af 90 erne. Kvælstof bliver tilført til stalden i form af kvælstof i indkøbt foder, og i foder der er dyrket på marken. Afhængigt af husdyrarten udnytter dyrene kun ca 1/3 af det opfodrede kvælstof. Det udnyttede kvælstof er indlejret i kød, mælk og æg, som sælges fra landbruget. Resten udskilles i husdyrgødningen. I stalden og i gødningslageret fordamper noget af kvælstoffet fra gødningen som ammoniak og i mindre grad som frit kvælstof eller lattergas. Dette tab kaldes stald- og lagertab. Selvom man indretter stalde og gødningslagre optimalt, kan et vist kvælstoftab ikke undgås. Husdyrproduktion medfører altså et uundgåeligt tab af kvælstof. Resten af kvælstoffet i husdyrgødningen På en svinegård som her indføres det meste kvælstof i indkøbt foder og som handelsgødning. Kvælstof bortføres fra ejendommen i form af indholdet i solgte svin og i den del af afgrøderne, som sælges fra ejendommen. bringes ud på marken. Marken tilføres også kvælstof i form af indkøbt handelsgødning. Desuden kan bælgplanteafgrøder (f.eks. ærter og kløver) fiksere kvælstof fra luften. Det samme kan visse fritlevende bakterier i jorden. Der tilføres også kvælstof med nedbøren (deposition). Kvælstof fjernes fra marken med de høstede afgrøder eller ved afgræsning, men der sker også et tab af kvælstof fra marken, inden afgrøderne når at udnytte det. Ved tilførsel af husdyrgødning og i mindre grad også ved tilførsel af handelsgød- 4. Kvælstofbalancer i landbruget 31\n31 50 erne 80 erne 90 erne Foder Stald Kød, mælk, æg Gyllebeholder Handelsgødning Kvælstoffiksering + deposition Foder fra mark Mark Husdyrgødning Stald + lagertab Solgte planteprodukter Mark overskud d Figur 4.1. Kvælstofstrømme i dansk landbrug i 50 erne, midt i 80 erne og midt i 90 erne. (Modificeret efter Kyllingsbæk, 1995; Kyllingsbæk, 1999; Grant et. al., 1998; og Statens Jordbrugsøkonomiske Institut, 1991). ning sker der et tab i form af ammoniakfordampning til luften. I løbet af vinteren sker der et tab som følge af udvaskning af nitrat med overskudsnedbøren. Desuden sker der en denitrifikation, hvor kvælstof bliver omdannet til atmosfærisk kvælstof. Det samlede kvælstofoverskud for en bedrift eller for landet som helhed kan beregnes, som det er vist i figur 4.1. Overskuddet af kvælstof vil fordele sig som et ammoniaktab og denitrifikation i stald+lager, og som ammoniakfordampning, denitrifikation og udvaskning af nitrat i marken. Desuden skal man være opmærksom på, at der kan ske en ændring af kvælstofindholdet i jorden i både opad- og nedadgående retning. Derfor kan man ikke sætte lighedstegn mellem kvælstofoverskud og kvælstoftab. Landmanden forsøger altid at minimere tabet af kvælstof, fordi tabt kvælstof skal erstattes af indkøbt kvælstof. Men de naturlige processer i jorden kan ikke sættes ud af kraft. Beregninger af kvælstofoverskud over lange perioder er temmelig usikre. Det er f.eks. svært at sammenligne situationen midt i 50 erne med i dag, fordi det er meget usikkert, hvor stor fikseringen af kvælstof fra atmosfæren er og har været. Da vi ikke kan måle det direkte, må vi beregne ud fra anslåede udbytter og kløverandelen i kløvergræs. Arealet med græs var i 50 erne på over 1 million ha, midt i 80 erne ha og i dag kun ha. Samtidig er dyrkningsmetoden af kløvergræs ændret meget. Det betyder, at måden at beregne fikseringen af kvælstof på er afgørende for, hvilke tal man får. Skønnene for 50 erne strækker sig fra 48 til 87 kg fikseret kvælstof pr. ha totalareal. Det er grunden til, at der i litteraturen er forskellige opgivelser af udviklingen i overskud af kvælstof. Her er valgt at tage udgangspunkt i 48 kg kvælstof pr. ha, som er anvendt i opgørelser foretaget af Danmarks JordbrugsForskning. Den relativ lave ansættelse af kvælstoffikseringen kan betyde, at kvælstofoverskuddet er undervurderet i 50 erne, og udviklingen i Kvælstofbalancer i landbruget\n32 Kvælstofoverskud i dansk landbrug tons kvælstof Overskud totalt Overskud i marken Årstal g Figur 4.2. Udvikling i totalbalance og markbalance for dansk landbrug. Tallene fra 50 erne frem til 1980 er interpoleret og udjævnet. kvælstofoverskuddet frem til i dag har været mindre. På figur 4.2 er vist det beregnede kvælstofoverskud fra først i 50 erne til midt i 90 erne. Der er både vist udviklingen i det samlede overskud for landbruget dvs. både tab i stald, lager og i marken og overskuddet for marken alene. Der er ingen tvivl om, at overskuddet af kvælstof i landbruget er steget fra midt i 50 erne til midt i 80 erne. Ifølge tallene i figur 4.2 er stigningen på i alt tons. Figur 4.3 a, 4.3 b og 4.3 c viser udviklingen i tilført (a) og bortført (b) kvælstof i dansk landbrug. Samtidig kan man se udviklingen i overskud og udnyttelse af kvælstof (c). Tilførslen af kvælstof til dansk landbrug steg meget fra midt i 60 erne til sidst i 70 erne, hvor produktionen blev intensiveret. Det skyldes en stigning i tilførslen af kvælstof i handelsgødning på ca ton og en stigning i kvælstof i importeret foder på ton, der kun blev modsvaret af et fald i fikseringen af kvælstof på ca ton. I samme periode blev bortførslen af kvælstof med afgrøder og animalske produkter kun forøget med ca ton. Overskuddet af kvælstof steg derfor fra ca til ton fra sidst i 50 erne til sidst i 70 erne. Fra sidst i 70 erne til slutningen af 80 erne stabiliserede overskuddet sig på omkring tons kvælstof. Heraf er de tons i markbruget. En af årsagerne til, at overskuddet af kvælstof steg betydeligt i 60 erne og 70 erne var, at den animalske produktion blev øget væsentligt. I dag producerer vi 3 gange så meget kød som i 50 erne og fortsat den samme mælkemængde. Samtidig betød udviklingen fra bedrifter med både køer og svin til specialiserede bedrifter med kun køer eller svin eller rene planteavlsbedrifter en dårligere udnyttelse af husdyrgødningen. Fra midt i 80 erne til sidst i 90 erne er overskuddet af kvælstof igen faldet. Det er lykkedes at reducere forbruget af kvælstof i handelsgødning, uden at udbytterne er faldet. Det skyldes først og fremmest, at kvælstof i husdyrgødning bliver udnyttet bedre. 4. Kvælstofbalancer i landbruget 33\n33 a 800 h Figur 4.3. Udvikling i 700 kvælstoftilførsel (a), 600 kvælstofbortførsel (b), kvælstofoverskud og 500 -udnyttelse (c) 400 i dansk landbrug fra 1950 (modificeret fra Kyllingsbæk, 1995, Danmarks Jordbrugsøkonomiske Institut, 1991 og Grant, R. 100 et al., 1998). 0 b 1000 tons kvælstof Nedbør + affaldsprodukter Fixering Indkøbt foder Handelsgødning Årstal 1000 tons kvælstof Plante produkter Animalske produkter c Kvælstofoverskud, 1000 tons kvælstof Overskud-total Kvælstofudnyttelse, pct. Kvælstofudnyttelse, pct Kvælstofbalancer i landbruget\n34 Når man vurderer udviklingen i forhold til udvaskning af kvælstof, er overskuddet af kvælstof i marken afgørende. Det er mere usikkert at beregne end den totale kvælstofbalance for hele ejendommen, fordi man også skal opgøre mængden af foder overført fra mark til stald, samt mængden af husdyrgødning overført fra stald til mark. Udviklingen i markoverskuddet følger udviklingen i det totale overskud, men det er reduceret markant med cirka tons kvælstof fra midt i 80 erne til sidst i 90 erne. Det er en forbedring på cirka 60 kg kvælstof pr. ha. om året og hermed en tilsvarende gevinst for miljøet. Kvælstofoverskuddet er ikke det samme som kvælstoftab, fordi indholdet af kvælstof i jordpuljen kan ændre sig. Ingen ved med sikkerhed, hvordan en ændring i kvælstofoverskuddet påvirker fordelingen på de enkelte tabsposter (ammoniakfordampning, denitrifikation, udvaskning og udvikling i jordpuljen). Overskud af kvælstof på forskellige typer bedrifter Kvælstofoverskuddet varierer meget mellem forskellige bedriftstyper. Overskuddet er som nævnt størst på husdyrbrug. Derfor er overskuddet af kvælstof på en bedrift større, jo flere husdyr der er pr. ha. Overskuddet af kvælstof vil også være større i områder med stor vinternedbør og på sandjord, end i områder med lav vinternedbør og på lerjord. Tallene i tabel 4.1 er beregnet teoretisk ud fra forventede udbytter og kvælstofnormer ved forskellige typer af bedrifter på sand- og lerjord. Tallene forudsætter, at husdyrgødningen udnyttes meget effektivt. f Tabel 4.1. Overskud af kvælstof på forskellige brugstyper. (Østergaard, H. S. et al., 1999). Bedriftstype og antal Jordtype Husdyr- Overskud af kvældyreenheder (de) pr. ha gødningstype stof pr. ha, god landbrugspraksis Planteavl, 0 de/ha Sandjord 0 68 Lerjord 0 44 Svinebrug, 1,7 de/ha Sandjord Gylle 145 Lerjord Gylle 115 Lerjord Dybstrøelse 177 Kvægbrug 2,3 de/ha Sandjord Gylle 220 Kvægbrug, 1,7 de/ha Sandjord Gylle Kvælstofbalancer i landbruget 35\n35 1 dyreenhed (de) er en omregningsenhed mellem forskellige dyrearter. 1 de=0,85 ko, 30 producerede slagtesvin, 150 årshøner osv. Overskuddet af kvælstof afhænger, udover af antal dyreenheder pr. ha, også af husdyrgødningstypen. Tabellen viser, at overskuddet fra dybstrøelse er betydeligt større end fra gylle, fordi der fordamper en hel del ammoniak og denitrificeres meget kvælstof fra dybstrøelse fra svin. Overskuddet af kvælstof afhænger ligeledes af det høstede udbytte. Jo større et udbytte der høstes, jo mere kvælstof vil der fjernes fra marken. Derfor vil overskuddet variere fra år til år. Litteratur: Danmarks Statistik: Landbrugsstatistik. Flere årgange. Grant R. m. fl., 1997: Landovervågningsoplande. Faglig rapport fra DMU, nr Kyllingsbæk A., 1995: Kvælstofoverskud i dansk Landbrug. SP rapport nr. 23. Statens Planteavlsforsøg. Kyllingsbæk, A., 1999: Kvælstofbalancen i landbruget. Danmarks Jordbrugs- Forskning. Statens Jordbrugsøkonomiske Institut 1991: Landbrugets økonomi. Østergaard, H. S. m. fl., 1999: Miljøprojekt nr Demonstrationsejendomme for bedre udnyttelse af husdyrgødning. Miljø- og Energiministeriet, Miljøstyrelsen Kvælstofbalancer i landbruget\n36 5. Omsætning af kvælstof i jord Lerjordsprofil i et morænelandskab. Øverst kommer et humusholdigt pløjelag og herunder en humusfattig horisont med lerudfældninger. Den 3. horisont starter fra ca. 60 cm dybde og er præget af højtstående grundvand. (Foto: i»danske Jordprofiler«af Sundberg, P. S. (red.), I. Callesen, M. H. Greve og K. Raulund-Rasmussen, Danmarks Jordbrugs- Forskning). Planterne kan kun optage kvælstof i uorganisk form, dvs. som nitrat- eller ammonium-forbindelser. Afhængig af afgrødetypen og udbyttet optager planterne typisk fra 50 til over 400 kg kvælstof pr. ha. Kvælstof på uorganisk form udgør kun mellem 20 og 300 kg pr. ha ud af et totalt indhold i rodzonen på kg kvælstof pr. ha. Resten af kvælstoffet er organisk bundet, f.eks i planterester. Selvom det uorganiske kvælstof således kun udgør en lille del af jordens samlede kvælstofindhold, er det vigtigt at vide, hvor stor denne del er. Den er nemlig både afgørende for planternes kvælstofforsyning, og for det tab af kvælstof, der kan ske. I jorden foregår der hele tiden en række processer, hvor kvælstof omdannes fra én forbindelse til én anden. Det er vigtigt at kende dynamikken i kvælstoffets omsætning for at forstå, hvordan planterne får en optimal forsyning med kvælstof, og hvordan landmanden kan mindske risikoen for tab. På omslaget bagerst i bogen er kvælstofomsætningen i jorden skitseret, og man kan med fordel se på den, mens man læser dette afsnit. 5. Omsætning af kvælstof i jord 37\n37 Organisk bundet kvælstof Over 95 pct. af kvælstoffet i jorden er bundet i forskellige organiske forbindelser. Det organiske stof i jorden kaldes også for humus, og det består af delvis nedbrudte planterester og rester af mikroorganismer og smådyr. Det er indholdet af organisk stof, der sammen med visse uorganiske forbindelser farver jorden mørk. Cirka 50% af jordens organiske stof, og dermed også indholdet af organisk bundet kvælstof, befinder sig i de øverste 25 cm af jorden (pløjelaget). Resten findes i lagene ned til 1 meters dybde. Organisk bundet kvælstof tilføres jorden i form af kvælstof i rødder, planterester, husdyrgødning og afgrøder, der pløjes ned. Levende mikroorganismer og aktive planterødder indeholder 1-3% af det organiske kvælstof. Indholdet af organisk stof i jorden varierer meget. På en opdyrket mosejord har jorden før dræning ofte været så vandfyldt, at planterester ikke har kunnet omsættes. Jorden kan her bestå næsten udelukkende af organisk stof, som langsomt nedbrydes efter at marken er afvandet. I modsætning hertil er indholdet af organisk stof mindst på tørre sandjorder. Her tilføres årligt en forholdsvis lille mængde planterester på grund af det lave udbytte, og omsætningen af organisk kvælstof sker hurtigere på sandjord. En anden forskel i jordens indhold af organisk stof skyldes selve driftsformen. Forskellen i indhold af organisk kvælstof i jord på forskellige typer bedrifter skyldes især forskelle i den mængde, der bliver tilført til jorden. På planteavlsbrug tilfører man normalt ikke organisk kvælstof i form af husdyrgødning. Tabel 5.2 viser, hvor meget organisk kvælstof, der tilføres jorden på forskellige brugstyper. Kvægbrug tilfører betydeligt mere organisk kvælstof pr. ha end svinebrug. Det skyldes, at der tilføres mere organisk kvælstof med halm og foderrester i husdyrgødningen og med afgrøderester fra grovfoderdyrkningen. Fra kornafgrøder tilføres der kun beskedne mængder organisk kvælstof i form af rod og stub, mens der tilføres meget fra flerårige kløvergræsmarker. Handelsgødningsmæng- f Tabel 5.1. Typisk indhold af organisk bundet kvælstof i jord (kvælstof i humus). Beregnet ud fra data fra KVADRATNETTET. Kg N pr. ha. Driftsform Organisk kvælstof i humus Sandjord Sandjord Lerjord Lerjord 0-25 cm cm 0-25 cm cm Plantebrug Kvægbrug Svinebrug Skov Omsætning af kvælstof i jord\n38 den tilført i de tidligere år påvirker også indholdet af organisk stof i jorden. Jo mere handelsgødning jorden er tilført, jo større rod og stubmængder tilføres jorden hvert år (se figur 5.1). f Tabel 5.2. Tilført organisk kvælstof pr. ha pr. år med husdyrgødning og planterester. Type Mineralisering af organisk stof Kg organisk kvælstof pr. ha pr. år 24 ton svinegylle pr. ha *) ton kvæggylle pr. *) 85 Vårbyg, rod+stub 25 Vinterhvede, rod+stub 25 Halm, 3 ton/ha 20 Vinterraps, rod+stub+halm 150 Markært, rod+stub+halm 115 Kløvergræs, rod og stub 120 Kvægbrug, normalt sædskifte 160 Svinebrug, normalt sædskifte 100 Plantebrug, normalt sædskifte 60 *) maks. tilladte gyllemængder i gns. pr. ha. Mikroorganismer kan udnytte jordens organiske stof som energikilde. De frigiver ammoniumkvælstof og kuldioxid ved nedbrydningen af det organiske stof. Processen kaldes mineralisering, og den bevirker, at det bundne kvælstof nu bliver tilgængeligt for planterne men også risikerer at blive udvasket. Kun en lille del af de store mængder organisk bundet kvælstof bliver mineraliseret hvert år. Hovedparten indgår i organiske forbindelser, der nedbrydes meget langsomt. Mineraliseringen sker primært af planterester eller husdyrgødning, som er tilført indenfor det seneste år. Det indeholder nemlig stadig nogle let omsættelige kulstof- og kvælstofforbindelser. På jorder, hvor der gennem årene er tilført store mængder husdyrgødning, eller hvor der er meget kvælstof i planterester fra f.eks. kløvermarker, kan mineraliseringen over et år blive meget høj. Mineraliseringsforløbet ved tilførsel af organisk stof til jorden afhænger bl.a. af forholdet mellem kulstof og kvælstof (C/Nforholdet) i det tilførte materiale. Som tommelfingerregel regner vi med, at hvis C/N-forholdet er under 20, frigives der kvælstof til jorden fra det tilførte organiske materiale. Friskt plantemateriale og rødder har normalt et C/N-forhold under 20, mens det hos mikroorganismer er ca. 10. Er C/N-forholdet over 20, vil mikroorganismerne have brug for kvælstof fra jorden for at kunne omsætte det kulstofrige materiale. Det gælder f.eks. for halm, hvor C/N-forholdet er over 80. Det betyder, at nedmuldning af halm kan øge behovet for at tilføre kvælstof, fordi noget af jordens uorganiske kvælstof ved omsætningen bliver bundet i mikroorganismerne. Senere vil det bundne kvælstof dog blive frigjort igen. Forskellen mellem den kvælstofmængde, der mineraliseres fra orga- 5. Omsætning af kvælstof i jord 39\n39 nisk stof og den mængde, der immobiliseres af mikroorganismer betegnes nettomineralisering. I organisk stof i jorden er C/N-forholdet ca Når det organiske stof nedbrydes langsomt, trods det lave C/N-forhold, er det fordi, at de enkelte forbindelser i det organiske stof er stabile. Mineraliseringen afhænger meget af temperaturen. Ved 0 C går mikroorganismernes livsprocesser næsten helt i stå, og der sker først rigtigt noget ved temperaturer over 5 C. Omsætningshastigheden afhænger også af jordens fugtighed. Mineraliseringen stopper, når jorden tørrer ud. Derfor vil mineraliseringen i typiske somre være lav i juni/juli, hvor afgrøden optager meget vand, og igen være større om efteråret, hvor nedbøren er større i forhold til vandforbruget. Mineraliseringen går hurtigst, når det er varmt, og der er hyppig nedbør, uden at jorden bliver mættet med vand. I tabel 5.3 er vist størrelsen af nettomineralisering under forskellige forhold. Ompløjning af kvælstofrige afgrøder eller planterester såsom kløvergræs giver en stor nettomineralisering. Mineraliseringen er også påvirket af jordbehandling. Generelt vil jordbehandling forøge mineraliseringen, fordi jorden iltes, og der kommer en større overflade i jorden, hvor mikroorganismerne kan nedbryde det organiske stof. Størrelsen af mineraliseringen i jorden kan måles i stålrør nedgravet i jorden. I begyndelsen og slutningen af måleperioden måles indholdet af uorganisk kvælstof, og forskellen angiver nettomineraliseringen (Foto: Kasia Debosz, Danmarks JordbrugsForskning). Mineraliseringen kan blive meget stor på næringsstofrig lavbundsjord, hvor indholdet af organisk stof er højt. Her kan ofte frigives så meget kvælstof, at man kun behøver at supplere med en meget lille mængde kvælstof i gødning. Omvendt er C/N-forholdet højt i organisk stof i højmoser. Når man dyrker på sådan en jord, er der tit et stort behov for at tilføre kvælstof. På grund af det forskellige C/N-forhold i organisk stof kan man ikke bruge jordens indhold af organisk stof alene til at forudsige mineraliseringens størrelse. På længere sigt vil der med en given driftsform indstille sig en ligevægt mellem den mængde organisk kvælstof, der Omsætning af kvælstof i jord\n40 Kvælstof bundet i humus i jorden. Tons pr. ha Husdyrgødning hvert år 144 kg uorganisk N hvert år siden 1843 Ingen kvælstofgødning siden 1843 g Figur 5.1. Kvælstof i jordlaget 0-25 cm i et forsøg med vedvarende dyrkning af vinterhvede. Hvor der tilføres husdyrgødning, tilføres 35 t pr. ha pr. år. De 2 andre forsøgsled gødskes med fosfor, kalium og magnesium. Alle forsøgsled kalkes jævnligt. (Jenkinson, 1989) , År tilføres jorden, og den mængde, der frigøres ved mineralisering. Det vil sige, at jorden er i balance, og at kvælstofindholdet i jorden ikke ændres. Man skal imidlertid være opmærksom på, at det kan vare årtier, før en sådan balance indstiller sig. Begynder man f.eks. årligt at nedmulde halm stiger kvælstofindholdet på lerjord i de næste år, hvorefter det forbliver stabilt, fordi den årlige merfrigørelse af kvælstof er lig kvælstofmængden i det årligt nedmuldede halm. Det samme er tilfældet, når man begynder at tilføre husdyrgødning til et areal (se figur 5.1). f Tabel 5.3. Nettomineralisering i kg N pr. ha under forskellige forhold. Tal baseret på modelberegninger med Daisy på forskellige brugstyper. Periode april-juli aug.-nov. dec.-marts I alt Korndyrkning, ingen husdyrgødning Korndyrkning, svinebrug Grovfoder, 50 pct. kløvergræs, kvægbrug Året efter ompløjning af 2. års kløvergræs Omsætning af kvælstof i jord 41\n41 Når landmænd beregner afgrødernes behov for kvælstof, skal de tage hensyn til, hvor meget kvælstof jorden selv stiller til rådighed ved mineraliseringen. Desværre er det vanskeligt at bestemme størrelsen, fordi den ikke kun afhænger af tilførslen af organisk kvælstof sidste og forrige år. Mineraliseringen er også påvirket af tilførslen en lang årrække bagud. Og så er den også påvirket af vejret i vækstsæsonen. Uorganisk kvælstof Selv om uorganisk kvælstof kun udgør en mindre del af den samlede mængde kvælstof i jorden, er det fra den pulje, at planterne optager kvælstof, og den største del af kvælstoftabet sker. Ammonium (NH 4 + ) opløses let i vand, men er i kraft af sin positive ladning bundet på overfladen af de negativt ladede lermineraler og humuspartikler. Derfor udvaskes det kun i begrænset omfang, men det er dog ikke bundet fastere, end at planterne sagtens kan få fat i det. Nitrat (NO 3 - ) er letopløseligt i vand og bindes i modsætning til ammonium ikke til jordpartiklerne, så det er opløst i jordvandet og og bevæger sig med jordvandet og udvaskes derfor let. Planterne optager ammonium- og nitratkvælstof lige godt. Indholdet af ammonium i jorden er normalt lavt, fordi ammonium omdannes til nitrat. Processen kaldes nitrifikation og foretages af bakterier. Processen kræver ilt og hastigheden afhænger af temperaturen. Ved jordtemperaturer under 5 C er omdannelsen langsom. Når landmændene gøder med ammoniumkvælstof om foråret, bliver det meste omdannet til nitrat i løbet af få uger. Indholdet af uorganisk kvælstof i jord varierer meget henover året. Indholdet er en sum af, hvad der tilføres med gødning, hvad der dannes ved mineralisering, og hvad der optages af afgrøderne, udvaskes fra rodzonen og denitrificeres. I figur 5.2 er skitseret et typisk forløb af nitratindholdet i jorden over et år. Boks 5.1. Nitrifikation er omdannelse af ammonium til nitrat. Nitrifikation Omdannelsen er en mikrobiel proces. Bakterier af slægten Nitrosomonas omsætter ammonium til nitrit. En anden bakterieslægt, Nitrobacter, omsætter nitrit til nitrat. Processen kræver, at der er ilt tilstede og at temperaturen er over 5 C. nitrosomonas nitrobacter 2 NH O 2 2 NO H 2 O + 4H + + O 2-2 NO H 2 O + 4H + Ammonium Nitrit Nitrat Omsætning af kvælstof i jord\n42 Forår Sommer Efterår Vinter Nedsivning Uden efterafgrøde Nitrat i planternes rodzone Nitrat fra gødning og planterester Planterne bruger nitrat Nitrat frigives fra planterester Med efterafgrøde Udvaskning af nitrat d Figur 5.2. Forløbet af jordens nitratindhold året igennem: Forår: Ved vækstsæsonens begyndelse er indholdet af nitrat stort som følge af tilførsel af gødning. Sommer: I vækstsæsonen tømmes jorden næsten helt for nitrat som følge af afgrødens kvælstofoptagelse. Ved høst er nitratindholdet i jorden derfor lavt. Fordampningen af vand fra afgrøden om sommeren betyder, at der ikke løber vand ud af rodzonen, og derfor sker der ingen nitratudvaskning. Efterår: Hvis jorden er ubevokset om efteråret, vil den frigivelse af kvælstof fra planterester og organisk stof, der fortsætter efteråret igennem, føre til, at nitratindholdet igen stiger. Hvis jorden er bevokset med en efterafgrøde af f.eks. græs, vil det optage en stor del af kvælstoffet, og indholdet af nitrat i jorden vil forblive lavt. Vinter: En større eller mindre del af det nitrat, som jorden indeholder om efteråret, kan afhængig af nedbørsmængde og jordtype udvaskes i vinterhalvåret. Indholdet af nitrat i jorden falder derfor. Udvaskning Efterår og vinter er der overskud af nedbør, og vandet bevæger sig ned gennem jorden og ud af rodzonen. Det fører til, at nitraten udvaskes fra rodzonen. Udvaskning af ammoniumkvælstof og organisk kvælstof er derimod lille. Udvaskningen er beskrevet nærmere i et særskilt afsnit. Denitrifikation Nitrat kan denitrificere, dvs. omdannes til luftformigt kvælstof, hvis jorden er iltfattig, og der samtidig er både letomsætteligt kulstof og nitrat. Hvis processen forløber fuldstændigt, reduceres NO 3- til gassen N 2. Hvis processen er ufuldstændig, dannes gasarterne N 2 O og NO. Denitrifikation er beskrevet nærmere i et særskilt afsnit. 5. Omsætning af kvælstof i jord 43\n43 Litteratur: Christensen, B. T. m. fl., 1997: Kvælstofomsætning i rodzonen. Det Strategiske Miljøforskningsprogram, nr. 28. Jenkinson, D, 1989: Langtidseffekten af kvælstofgødninger, Erhvervsjordbruget nr. 7, Landskontoret for Planteavl, 2000: Afgrødenormer i BEDRIFTSLØSNING. Poulsen, H.D. og Kristensen,V.F, 1997: Normtal for husdyrgødning, Rapport nr Danmarks JordbrugsForskning. Østergaard, H.S. m. fl., 1983: Kvælstofprognoser. Landskontoret for Planteavl Østergaard, H. S. (ed), 1996: KVADRATNET for nitratundersøgelser i Danmark, Landbrugets Rådgivningscenter Omsætning af kvælstof i jord\n44 6. Gødskning med kvælstof Sammenhæng mellem kvælstof og udbytte Under danske forhold er kvælstof det næringsstof, der har størst effekt på udbyttet. Det hænger sammen med, at danske landbrugsjorder generelt er velforsynede med andre næringsstoffer, f.eks. fosfor og kalium, der ikke i samme grad som kvælstof er udsat for tab til omgivelserne. Landmændene sørger for at erstatte de næringsstoffer, der er fjernet med afgrøderne. Det er kun sjældent, at planterne mangler så meget af disse næringsstoffer, at det for alvor går ud over udbyttet ved at undlade tilførsel af disse et enkelt år. Figur 6.1 viser sammenhængen mellem tilført kvælstof og udbyttet i vinterhvede i forsøg, hvor der året før var korn på marken. Udbyttet stiger med øget tilførsel indtil et vist punkt, hvorefter udbyttekurven flader ud. Af og til ser man ligefrem en nedgang i udbyttet, hvis der tilføres yderligere kvælstof. Det skyldes, at kornet bliver blødt i strået og vælter det går i leje inden kornet er modent, så kernefyldningen bliver for dårlig. Tilførsel af kvælstof bevirker også, at afgrøden angribes kraftigere af sygdomme og skadedyr. Størrelsen af merudbyttet ved tilførsel af kvælstof afhænger af de generelle vækstforhold, af jordens indhold af uorganisk kvælstof ved vækstsæsonens begyndelse samt af jordens evne til at mineralisere organisk bundet kvælstof i vækstsæsonen. Merudbyttet er stort, hvis jordens indhold af uorganisk kvælstof er lavt, mineraliseringen (frigørelsen) af kvælstof fra jorden i vækstsæsonen lille, og der er gode vækstforhold. Ved gode vækstforhold forstås passende nedbør, temperatur og sol samt nok af andre næringsstoffer. Indeholder jorden derimod meget plantetilgængeligt kvælstof, og/eller kan frigøre meget kvælstof, er udbyttet uden kvælstoftilførsel højt og merudbyttet for at tilføre kvælstof lille. På jorder med et højt indhold af organisk stof og jorder, hvor der er tilført husdyrgødning gennem mange år, kan merudbyttet for at tilføre kvælstof ligefrem blive 0 eller negativt. Sådan fastlægger man afgrødernes behov for at få tilført kvælstof Afgrødernes behov for kvælstof varierer meget fra art til art. Det afhænger desuden af jordtype, dyrkningshistorie, geografisk placering og vejrforhold. Landbruget gennemfører hvert år et stort antal forsøg for at klarlægge behovet for kvælstof under forskellige forhold. I forsøgsparcel- 6. Gødskning med kvælstof 45\n45 Udbytte Hkg kerne/ha 90,0 Udbytte Nettoudbytte 80,0 70,0 Optimum 182 kg N pr. ha ler med vinterhvede tilfører man 0, 50, 100, 150, 200 og 250 kg N pr. ha, og måler udbytterne. For hvert forsøg laver man en udbyttekurve som i figur 6.1. Den mængde kvælstof, som giver størst økonomisk udbytte, er den økonomisk optimale kvælstofmængde. 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10, Kg N/ha i handelsgødning d Figur 6.1. Merudbytte og nettomerudbytte i 1997 for tilført kvælstof i forsøgsparceller med vinterhvede med korn som forfrugt (Oversigt over Landsforsøgene, 1997). Den økonomisk optimale mængde kvælstof er det punkt på kurven, hvor forskellen mellem værdien af udbyttet og udgiften ved at tilføre kvælstofgødning er størst. Denne kvælstofmængde er mindre end den, der giver det allerhøjeste udbytte, fordi marginaludbyttet (merudbyttet for det sidst tilførte kg kvælstof) gange prisen skal være større end omkostningen til køb af kvælstof. Man kan beregne den økonomisk optimale mængde kvælstof matematisk ud fra prisen på afgrøden og kvælstof. I tabel 6.1 er vist et sammendrag af flere års forsøg med stigende mængder kvælstof til vinterhvede. f Tabel 6.1. Oversigt over optimale kvælstofmængder ved forskellige priser på afgrøder og kvælstof. Oversigt over Landsforsøgene, Afgrøde Forfrugt Kg kvælstof pr. ha 3,40 pr. kg N 4,40 pr. kg N Pris pr. hkg afgr. Pris pr. hkg afgr. Udbytte hg/ha Merudbytte, hkg/ha Optimale kvælstofmængder,kg N/ha Vinterhvede Korn 40,3 17,7 29,8 36,0 38,2 39, Vinterhvede Raps 55,8 15,0 23,4 26,2 27,1 26, Vinterhvede Ærter 44,5 17,9 28,2 33,3 34,3 34, Gødskning med kvælstof\n46 Kvælstof og afgrødekvalitet Det er ikke bare udbyttet, der ændrer sig, når der tilføres kvælstof. Optagelsen af kvælstof i afgrøden og dermed proteinprocenten er meget påvirket af kvælstoftilførslen. Når man dyrker brødhvede, er der f.eks. mindstekrav til kornets proteinprocent normalt 12%. Derfor vil for lidt kvælstof føre til en nedgang i kvaliteten, så landmanden får en lavere pris for kornet. Omvendt ønsker man et lavt indhold af protein i sukkerroer og i vårbyg til ølfremstilling (maltbyg). Det giver landmanden et tillæg i afregningen af varen. I maltbyg har det i de senere år vist sig, at indholdet af protein dog også kan blive for lavt. Udbytte, kg N pr. ha Tilført kg N pr. ha i handelsgødning Udbytte, kg N i kerne pr. ha Optimum Råprotein i kerne, pct Pct. råprotein i kerne d Figur 6.2. Sammenhæng mellem kvælstoftilførsel, kvælstofoptagelse og proteinprocent i vinterhvede (Oversigt over Landsforsøgene 1998). Figur 6.2 viser, hvordan proteinprocenten og optagelsen af kvælstof i vinterhvede er påvirket af den tilførte mængde kvælstof. I korn til foder, som størstedelen af den danske kornavl anvendes til, ønsker man sig også et højt proteinindhold. Men det er ikke altid hensigtsmæssigt at tilføre ekstra kvælstof til kornet af den grund. Kvaliteten af proteinet forringes nemlig af tilførslen af kvælstof. Derfor kan det afhængigt af de aktuelle prisforhold være bedre at blande kornet med andre afgrøder som f.eks. soyabønner for at afstemme proteinmængde og kvalitet efter dyrenes behov. I afgrøder som grønsager og græs, hvor det er den vegetative del (blade, stængler) som fortæres, kan en for stor tilførsel af kvælstof resultere i et højt nitratindhold i afgrøden. Det kan give sundhedsmæssige problemer hos kvæg, hvor en meget stor del af foderet består af græs. Variation i behovet for tilførsel af kvælstof Afgrødernes behov for kvælstof varierer som nævnt meget fra år til år og fra jordtype til jordtype. Behovet afhænger desuden af, hvordan jorden er dyrket i årene forud. I figur 6.3 er vist det gennemsnitlige merudbytte for forskellige intervaller af optimale kvælstofmængder i forsøg i vinterhvede Af figuren ses, at i de fleste forsøg var den optimale kvælstofmængde mellem 150 og 200 kg kvælstof pr. ha. Men der var mange af forsøgene, der havde en optimal kvælstofmængde på under 100 eller 6. Gødskning med kvælstof 47\n47 Pct. af forsøg 40 Pct. af forsøg 35 Merudbytte Merudbytte Merudb. hkg/ha 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 Af figuren ses, at kvælstofbehovet var meget lavere i 1996 end i Det skyldes, at jordens indhold af uorganisk kvælstof i foråret 1996 blev målt til 68 kg kvælstof pr. ha mod kun 36 kg kvælstof pr. ha i Forklaringen er, at vinternedbøren var meget stor i 1994/95 og ekstremt lille i 1995/96. En del af variationen i kvælstofbehovet i figur 6.3 skyldes derfor variationen mellem årene, men den største del af variationen skyldes variationen mellem de enkelte marker ,0 0, Over 250 Optimal kvælstofmængde, kg N pr. ha. Optimum N, Kg N/ha d Figur 6.3. Merudbytte for tilførsel af kvælstof til vinterhvede opdelt i forskellige intervaller for optimale kvælstofmængder. (Udtræk fra landskontorets database for forsøg med stigende mængde kvælstof). over 200 kg kvælstof pr. ha. Derfor er det vigtigt, at man tilpasser kvælstofmængden efter den enkelte marks behov, og ikke tildeler alle marker med vinterhvede lige meget. Figur 6.4 viser, hvilke kvælstofmængder, der som gennemsnit af alle forsøg i vinterhvede var optimale i årene For hver søjle viser den lodrette streg middelværdien +/- spredningen indenfor det enkelte år. Det udtrykker rent statistisk, at 2/3 af forsøgene havde et optimum indenfor det interval, som den lodrette streg angiver. Resten ligger enten over eller under d Figur 6.4. Optimale kvælstofmængder til vinterhvede , alle forfrugter og jordtyper (eksklusive JB 11- humusjord) (Data fra Oversigt over Landsforsøgene, 1997) Gødskning med kvælstof\n48 Udbytte Hkg kerne/ha 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Kg N pr. ha. Étårige forsøg. Landskontoret for Planteavl. Langvarige forsøg. Askov lermark. d Figur 6.5. Udbytte som funktion af tilført kvælstof til vårbyg. Étårige og langvarige forsøg (Data fra langvarige forsøg på Askov Forsøgsstation og etårige forsøg fra landsforsøgene). Langsigtet effekt af tilførsel af kvælstof Alle de ovenstående figurer og beregninger er baseret på resultater og erfaringer fra étårige forsøg. Hvis man vedvarende reducerer den tilførte mængde kvælstof, påvirker det mængden af kvælstof, der kan frigøres i jorden. Lavere tilførsel mindsker nemlig også den mængde organisk kvælstof, der hvert år bliver efterladt i rødder og stub. En varig reduktion af tilført kvælstof reducerer derfor udbyttet mere, end de étårige forsøg viser. Hvis vi vender tilbage til figur 6.1, ses det, at udbyttet i det grundgødede forsøgsled (ingen kvælstoftilførsel) i 1997 var på 40 hkg pr. ha. I figur 6.2 ses, at bortførslen af kvælstof fra jorden var på 60 kg pr. ha. Dvs. at der er tæret på jordens indhold af kvælstof, og det kan kun lade sig gøre, fordi der er tilført kvælstof til forsøgsarealerne i årene forud. Hvis man på langt sigt undlader at tilføre kvælstof, får jorden kun tilført kvælstof fra atmosfæren og fra de bakterier, som kan hente det ud af luften. Ud fra resultaterne af de langvarige forsøg på Rothampsted i England (se s. 12) og på Askov Forsøgsstation ses, at undlades tilførsel af kvælstof i mange år, vil den årlige bortførsel af kvælstof være kg kvælstof pr. ha, og udbyttet i korn kun hkg pr. ha. Figur 6.5 viser gennemsnit af udbytter fra 10 års étårige forsøg med stigende mængde kvælstof til vårbyg, samt udbytter af vårbyg i de permanente forsøg på Askov Forsøgsstation. Det er tydeligt, at udbyttet 6. Gødskning med kvælstof 49\n49 i det grundgødede forsøgsled her er meget lavere end i de étårige forsøg. Det skal man tage højde for, når man regner på konsekvenserne af altid at gøde markerne med mindre mængder kvælstof. Gødningsplanlægning Landmanden udarbejder i god tid før vækstsæsonen en gødningsplan, hvor det bliver fastlagt, hvor meget handels- eller husdyrgødning hver mark skal tilføres. For at man kan det, er det nødvendigt at kunne forudsige markernes behov. Derfor har man gennem årene analyseret, hvordan variationen i behovet for kvælstof kan forklares. Hvis man laver gødningsplanen med blyant og papir, bruger man standardværdier for afgrødernes kvælstofbehov ved forskellige forfrugter, jordtyper etc. Behovene er fastsat ud fra resultaterne af mange forsøg med stigende mængder kvælstof til forskellige afgrøder, samt målinger af jordens indhold af tilgængeligt kvælstof i jorden om foråret. Landmanden må imidlertid ikke gøde med de økonomisk optimale kvælstofmængder. Af hensyn til vandmiljøet vedtog folketinget i 1998, at der kun må gødes med 90 pct. af den optimale kvælstofmængde, og at der er bøder for at tilføre mere gødning. De lovbestemte standardværdier eller normer fremgår af Plantedirektoratets vejledning. Normerne for f.eks. vinterhvede er opdelt efter forskellige forfrugter (afgrøden året forud) og efter forskellige jordtyper. Ud fra disse tal og erfaringer fra tidligere år tilpasser landmanden behovet for kvælstof i den enkelte mark, men hele tiden sådan, at ejendommens lovbestemte kvælstofkvote ikke overskrides. Ejendommens lovbestemte kvælstofkvote er den mængde kvælstof, som landmanden i henhold til lovgivningen ikke må overskride. Igennem mange år har man søgt at forbedre metoderne, så man kan fastlægge kvælstofbehovet i de enkelte marker mere præcist. Baggrunden for metoderne (planteanalyser delvist undtaget) er, at man mere detaljeret ved målinger eller modelberegninger tilstræber at forudsige størrelsen af den uorganiske kvælstofmængde i marken (N-min) og størrelsen af mineraliseringen af organisk bundet kvælstof. Figur 6.6 viser princippet. Afgrødens kvælstofbehov N-gødning N-mineralisering sommer N-min d Figur 6.6. Afgrødens kvælstofbehov opfyldes af jordens indhold af uorganisk kvælstof (kaldet N-min) og N-mineralisering i vækstperioden. Det der mangler for at opfylde afgrødens samlede kvælstofbehov skal tilføres i form af kvælstofgødning. Denne grundlæggende idé anvendes ved beregning af kvælstofbehovet med N-min-metoden og i computerprogrammet MARKSTYRING under BE- DRIFTSLØSNING Gødskning med kvælstof\n50 N-min-metoden I mange års forsøg har man målt jordens indhold af uorganisk kvælstof (kaldet N- min) i rodzonen (på lerjord 1 meters dybde) om foråret før såning af vårsæd eller ved vækstsæsonens begyndelse (marts) i vintersæd. Indholdet af N-min i jorden varierer meget, og det er én af forklaringerne på, at kvælstofbehovet varierer mellem markerne. Målinger af N-min i den konkrete mark vil derfor forbedre mulighederne for at ramme det rigtige kvælstofbehov. Udover målingen af N- min i jorden skal man kende mineraliseringen (frigørelsen) af kvælstof fra måletidspunktet og resten af vækstsæsonen. Den prøver man at beregne ud fra, hvor meget organisk bundet kvælstof, der er tilført i planterester og organisk gødning i årene forud. Denne metode til bestemmelse af kvælstofbehovet kalder vi N-min-metoden. Beregningsmetoden er beskrevet i N-min-pjecen, der årligt udgives af Landskontoret for Planteavl, men beregningen kan også foretages på Internettet under adressen N-min-metoden anvendes på danske marker årligt. Det er meget få i forhold til det samlede antal marker i Danmark, selvom det giver en bedre fastsættelse af behovet. Men metoden er både arbejdskrævende og temmelig dyr. Derfor anvendes den normalt kun, hvor der er stor usikkerhed om størrelsen af N-min, dvs. på arealer, hvor der er tilført store mængder organisk kvælstof i de tidligere år (f.eks. ved avl af grønsager). Desuden er metoden god i afgrøder, hvor det kan være dyrt at tilføre for meget kvælstof f.eks. i sukkerroer og i maltbyg. Fremgangsmåden ved anvendelse af N-minmetoden er vist i tabel 6.2. Kvælstofprognosen Jordprøver til bestemmelse af jordens indhold af N-min (nitrat- og ammoniumkvælstof) kan udtages manuelt eller med maskine. Prøverne udtages til afgrødens roddybde, som for kornafgrøder er 50 cm på grovsand, 75 cm på finsand og 100 cm på lerjord. I figur 6.4 så vi, at kvælstofbehovet i vinterhvede varierede mellem årene. En af årsagerne er, at N-min-indholdet i jorden om foråret er forskellig fra år til år mest som følge af, at vinternedbøren og dermed udvaskningen af nitratkvælstof er forskellig. 6. Gødskning med kvælstof 51\n51 Forskellene i N-min-indhold mellem årene prøver man at tage højde for i gødningsplanlægningen, ved at Landskontoret for Planteavl hvert år udsender en kvælstofprognose der bygger på målinger af N-min-indholdet i jorden i en lang række marker i det aktuelle forår. Prognosen angiver forskellen mellem N-min-indholdet i det pågældende år og gennemsnittet af 10 år forud. Forskellen er den mængde kvælstof, landmanden skal justere sin kvælstoftilførsel med i forhold til normalen. Kvælstofprognosen er opdelt i områder i landet, fordi vinternedbørens fordeling over landet varierer meget. Som eksempel er vist kvælstofprognosen for Lolland-Falster (tabel 6.3). Jordtype: Lerjord, JB 6 Grovsand, JB 1 Humusjord, JB11 Dyrknings- Uden husdyrgød- 30 ton svinegylle Tilførsel af 30 ton historie ning de sidste 5 år. hvert år i 5 år. fast staldgødning Korn som forfrugt i 5 år. Vinterraps som forfrugt fra kvæg sidste år Forventet udbytte, hkg/ha Optimal forsyning med kvælstof (95-75)x1,3= (50-75)x1,3=177 - N-min-indhold (målt): * Ekstra mineralisering: (beregnet ud fra forfrugt, 0 20** - tilført husdyrgødning osv.) Behov for kvælstof d Tabel 6.2. Eksempler på beregning af behovet for kvælstof i 3 marker med vinterhvede: Fra N- min-pjecen, 1998 slås følgende tal op: For vinterhvede er den optimale kvælstofforsyning (kvælstofbehov incl. N-min) 210 kg kvælstof pr. ha ved et udbytte på 75 hkg pr. ha. Korrektionen for afvigende udbytte er 1,3 kg kvælstof pr. hkg. * Man kan ikke bruge N-min-metoden på humusjorder. Her fastlægger man behovet for kvælstof ud fra erfaringer med de enkelte marker eller ud fra måling af C/N-forholdet i jordens indhold af organisk stof. ** Beregnet efter markens tilførsel af organisk stof og omsætning med faktorer, der er givet i N- min-pjecen Gødskning med kvælstof\n52 Planteanalyser Ved en planteanalyse bestemmes plantens indhold af næringsstoffer på et bestemt udviklingstrin. Idéen i en planteanalyse er, at plantens indhold af næringsstoffer fortæller, hvor meget af næringsstoffet planten har haft til rådighed indtil analysetidspunktet. I forsøg er fastlagt hvilket indhold af f.eks. kvælstof, der vil give optimalt udbytte. Ud fra forskellen mellem det målte og det optimale kvælstofindhold kan behovet for supplerende kvælstoftilførsel beregnes. restbehov for kvælstof beregnes. Fordelen ved den optiske måling frem for kemiske planteanalyser er, at resultatet fremkommer med det samme efter måling i marken. N-tester Der kan foretages en hurtig bestemmelse af bladenes klorofylindhold med den såkaldte N-tester. Ved at klemme om bladet fås en aflæsning, som kan relateres til klorofylindholdet. Klorofylindholdet er proportionalt med kvælstofindholdet, hvis afgrøden ikke mangler andre næringsstoffer eller lider af tørke. Hensigten er at bestemme behovet for yderligere kvælstofgødning. Fordelen ved metoden er, at den er hurtig og billig. År Grovsand Finsand Lerjord d Tabel 6.3. Kvælstofprognosen for Lolland- Falster Prognosen angiver i kg N/ha den årlige korrektion af kvælstofmængden i forhold til det normale kvælstofbehov for korn og forårssåede afgrøder. Hidtil har man kun anvendt kemiske planteanalyser. Men i de seneste år er udviklet optiske metoder, hvor kvælstofindholdet i planten indirekte måles som reflektionen af lys ved bestemte bølgelængder. Reflektionen af lys er forbundet med plantens indhold af klorofyl (grønkorn), der igen er tæt korreleret med kvælstofindholdet i planten. Det gøres ved at klemme den såkaldte N-Tester omkring bladet. Ud fra målingerne kan afgrødens 6. Gødskning med kvælstof 53\n53 Modelberegninger En anden mulighed for at forbedre forudsigelsen af kvælstofbehovet er at anvende en model, der simulerer omsætningen af kvælstof i jorden. I modellen holdes styr på, hvor meget kvælstof, der år for år tilføres jorden i organisk gødning og planterester, og hvor meget der løbende mineraliseres, udvaskes og denitrificeres. På denne måde kan beregnes, hvor meget kvælstof jorden kan stille til rådighed for afgrøderne, og dermed behovet for tilførsel af kvælstof i gødning. Modelberegningen kan dog aldrig blive bedre end rigtigheden af de data, som tastes ind i modellen. Her er det problemet, at mineraliseringen af kvælstof afhænger af tilførslen af organisk kvælstof til jorden i mange år. Desuden afhænger mineraliseringen i det enkelte år meget af klimaforholdene. Hvis vækstsæsonen f.eks. er meget tør, er mineraliseringen af kvælstof mindre end normalt. Det er et forhold, som man ikke kan tage højde for, når gødningsplanen udarbejdes om vinteren. Hovedparten af de danske gødningsplaner er udarbejdet i computerprogrammet MARKSTYRING under BEDRIFTSLØS- NING. Det indeholder en model, som kan beregne behovet for kvælstof efter ovenstående principper. Fordelene ved at anvende et EDB-program er, at det er godt til at holde styr på kvælstoftilførslerne i husdyrgødning og planterester år for år. Opfyldelse af kvælstofbehovet Når afgrødernes behov for kvælstoftilførsel er beregnet, skal kvælstoffet tilføres i en form og på en måde, så planterne kan optage det. Det kan både være som handelsgødning og som husdyrgødning. I mindre omfang bruger man også affaldsprodukter fra husholdninger eller industri som spildevandsslam, husholdningsaffald eller lignende. Handelsgødning Der findes både faste og flydende kvælstofholdige handelsgødninger. De mest almindelige typer indeholder kvælstof i form af både nitrat og ammonium. Rene ammoniumgødninger findes i form af svovlsur ammoniak (ammoniumsulfat) og i flydende ammoniak, der opbevares under højt tryk, og skal nedfældes direkte i jorden ved udbringning. I jorden omdannes ammonium til nitrat i løbet af 4-6 uger. Ammonium har den fordel, at det ikke udvaskes så let som nitrat, hvis det regner kort tid efter udbringning. Rene nitratgødninger bruges kun sjældent i landbruget. Man kan også tilføre kvælstof som urea, der er en amidgødning, men der er fare for at tabe en del ved fordampning af ammoniak, hvis gødningen ikke nedbringes i jorden. Handelsgødning bruges normalt kun om foråret, og den udbringes så tæt som muligt på det tidspunkt, hvor afgrøden har brug for næringsstofferne. Til forårssåede afgrøder udbringes gødningen kort tid før såning, og til vintersæden i marts-april. I vårsæd opnås den bedste virkning af gødningen ved at placere den 5 cm under og 5 cm ved siden af kernerne. Så er gødningen så tæt på de spirende kerner, at rødderne hurtigt kan få fat i den, men ikke så tæt, at den svider dem. I vintersæd, der jo allerede er i vækst, når gødningen udbringes, spreder man gødningen ovenpå jorden Gødskning med kvælstof\n54 Udspredning af handelsgødning foregår normalt om foråret ved vækstsæsonens begyndelse. Der udspredes typisk mellem 400 og 800 kg handelsgødning pr. ha. med et kvælstofindhold på ca. 25 pct. (Foto: Claus Haagensen/Chilifoto). Husdyrgødning Til forskel fra handelsgødning er en del af kvælstoffet i husdyrgødning på organisk form. Det er derfor ikke umiddelbart tilgængeligt for planterne, fordi det først skal mineraliseres. Resten findes på ammoniumform, der kan gå tabt ved fordampning af ammoniak. Derfor virker den samme mængde kvælstof i husdyrgødning og i handelsgødning ikke ens. Virkningen af kvælstof i husdyrgødning kaldes markeffekten, værditallet eller udnyttelsesprocenten. Tallet angiver, hvor mange kg kvælstof fra handelsgødning, der skal til for at erstatte 100 kg kvælstof i husdyrgødning. Forholdet mellem indholdet af ammoniumkvælstof og totalkvælstof i husdyrgødningen har betydning for, hvor hurtigt og hvor godt den virker. Tabel 6.4 er en oversigt over sammensætningen af forskellige typer husdyrgødning. Før udbringning af gylle er det vigtigt, at gyllen omrøres grundigt, fordi der under lagring sker en lagdeling af nogle af næringsstofferne i gylletanken. Det er især fosfor, der sammen med tørstoffet koncentreres i bunden af beholderne. (Foto: Omar Ingerslev). 6. Gødskning med kvælstof 55\n55 Husdyrgødningstype Total-kvælstof, Heraf ammoniumkg pr. ton kvælstof, % Køer, gylle 5,0 58 Køer, fast gødning 5,1 25 Køer, ajle 5,6 92 Køer, dybstrøelse 8,0 25 Slagtesvin, gylle 5,6 71 d Tabel 6.4. Sammensætning af udvalgte typer husdyrgødning. Gylle er en blanding af urin, fæces og lidt halm. Ajle er urin, mens dybstrøelse er urin, fæces og store mængder halm. (Data fra Normtal for Husdyrgødning, Poulsen, H. D. et. al., 1997). Husdyrgødning er langt mindre koncentreret end handelsgødning. Den fylder meget, og derfor er der store omkostninger ved at opbevare og sprede den. I 70 erne og 80 erne blev kvælstof i husdyrgødning ikke udnyttet ret godt, fordi man kun kunne opbevare det i kort tid og ikke havde udstyr til at fordele det jævnt på markerne. Den begrænsede opbevaringskapacitet medførte, at man spredte en stor del af husdyrgødningen ud om efteråret med et stort tab af kvælstof ved såvel nitratudvaskning som denitrifikation til følge. På lerjord i nedbørsfattige egne som Storebæltsregionen bliver der dog normalt kun udvasket beskedne mængder selv ved udbringning om efteråret. I dag skal landmænd kunne opbevare husdyrgødningen i mindst 9 måneder. Dermed kan næsten al flydende husdyrgødning udbringes om foråret. Hvis landmændene udbringer og nedbringer eller nedfælder husdyrgødningen, umiddelbart før de sår om foråret, undgår man stort set fordampning af ammoniak. Dermed får man stort set den samme ef- Agrosmåler Det er muligt at gennemføre en hurtig måling af gyllens indhold af ammoniumkvælstof med en Agrosmåler. Princippet i metoden er, at gyllens ammoniumkvælstof iltes, hvorved der dannes frit kvælstof (N 2 ), som giver en trykforøgelse i apparatet. Ammoniumindholdet er proportionalt med trykforøgelsen, der måles med et manometer. (Foto: Omar Ingerslev) Gødskning med kvælstof\n56 fekt af ammoniumkvælstof i husdyrgødning som i handelsgødning. Ved udbringning af husdyrgødning ovenpå jorden fordamper der en vis mængde ammoniak. Ved at udbringe husdyrgødning i etablerede afgrøder som vintersæd er tabet beskedent, hvis udbringningen sker med slæbeslanger, eller der vandes straks efter. Tabet ved udbringning på græs til slæt er betydeligt større om sommeren, fordi temperaturen er højere, og den korte græsstub ikke giver læ ved jordoverfladen. Derfor er det her bedst at nedfælde gyllen. Tilførsel af husdyrgødning navnlig nedfældning af gylle kan forøge denitrifikationen. Det skyldes, at man tilfører både kulstof og kvælstof, der er forudsætningen for en biologisk denitrifikation. Generelt regner man med, at der tabes henholdsvis 5 og 10% af totalkvælstoffet i svine- og kvæggylle ved denitrifikation. Markeffekten af husdyrgødning er fastlagt i en række forsøg gennem de senere år. Nogle af resultaterne er vist på figur 6.7. Læg mærke til, at virkningen i vårbyg stort set er lig med indholdet af ammoniumkvælstof i gyllen, mens det er lidt lavere for overfladeudbragt gylle til vinterhvede og slætgræs. Eftervirkning, kg N/ha Antal år d Figur 6.8. Eftervirkning af husdyrgødning over årene. Værdierne er beregnet med BEDRIFTSLØSNING ens kvælstofmodul. Der er tilført ca. 100 kg organisk kvælstof pr. ha i husdyrgødning i år Herefter er der ikke tilført husdyrgødning. h Figur 6.7. Værdital (markeffekt) af gylle målt i forsøg i de landøkonomiske foreningers regi. I vinterhvede er gyllen udlagt med slæbeslanger, i vårbyg bredspredt. Data fra Oversigt over Landsforsøgene, Værdital for gylle Gylle fra: Svin Kvæg Afgrøde: Vinterhvede Svin Vårbyg Kvæg Svin Kvæg nedfældet slange udlagt Slætgræs 6. Gødskning med kvælstof 57\n57 På grund af indholdet af organisk kvælstof i husdyrgødning er der også en virkning af husdyrgødning i årene efter udbringning. Den største del af eftervirkningen kommer året efter, mens resten er fordelt over mange år, indtil alt er mineraliseret (se figur 6.8). Hvis en mark får husdyrgødning hvert år i mange år, er der en betydelig eftervirkning i form af en stor mineralisering. Derimod er eftervirkningen beskeden i marker, der kun har fået husdyrgødning én eller få gange i de foregående år. Positionsbestemt tilførsel af kvælstof Indtil nu er der normalt tilført den samme kvælstofmængde til hele marken. Men indenfor den enkelte mark kan der være en stor variation i jordtyperne og dermed også en variation i kvælstofbehovet. Ny teknik gør, at man automatisk kan variere tilførsel af kvælstof efter behovet på det enkelte sted på marken. Først kortlægges markens variation i jordtype og variationen i det forventede udbytte på et elektronisk kort. Udfra dette udarbejdes et elektronisk tilførselskort for kvælstof i form af et chipkort. Dette chipkort indlæses i trak- Der er også variation i jordbundsforholdene indenfor marken. Sommeren 1993 var meget tør, hvilket betød, at afgrøderne blev tørkeramt, hvor vandindholdet i jorden var lavt, dvs. især på sandet jord. Fra luften var det let at se, at der i nogle marker er store forskelle i jordbundsforholdene indenfor marken Gødskning med kvælstof\n58 Traktor med gødningsspreder og N-sensor monteret på en bom foran førerhuset. Ved gennemkørsel af marken måler N-sensoren afgrødens klorofylindhold og dermed indirekte afgrødens kvælstofindhold ud fra reflektionen af lys med bestemte bølgelængder. N-sensoren omregner målingen til et behov for supplerende kvælstofgødning, som øjeblikkeligt udføres af gødningssprederen. Metoden er afprøvet i forsøg i perioden , og er introduceret i praksis i år torens computer. Under udspredningen af gødningen bestemmes traktorens position hele tiden af et GPS-system, der ved hjælp af satellitter kan beregne positionen. Computeren læser nu fra det elektroniske tilførselskort, hvilken kvælstofmængde, der skal tildeles på den bestemte position, og den lukker så op og i for gødningssprederen ud fra aflæsningen. En anden mulighed for at variere kvælstofmængden indenfor marken er et sensorsystem. Her er traktoren udstyret med én eller flere sensorer, der løbende under kørslen måler afgrødens reflektion af lys ved bestemte bølgelængder og herudfra kan beregne behovet for tildeling af gødning. Det svarer til en løbende anvendelse af planteanalyser. Hvis afgrødens blade er mørke, er det tegn på, at kvælstofmængden er tilstrækkelig; omvendt, hvis de er lyse. Anvendelsen af positionsbestemt kvælstoftildeling er under udvikling i disse år. Derfor er det endnu for tidligt at afgøre, hvilke perspektiver der er i det. Men princippet om at der overalt i marken tilføres netop den kvælstofmængde, som afgrøden har brug for, er rigtigt ud fra både et 6. Gødskning med kvælstof 59\n59 økonomisk og et miljømæssigt synspunkt. I de marker, hvor der er lavet forsøg med gødskning efter sensoren, er der opnået en udbytteforøgelse på 0-2 pct. Ved positionsbestemt tilførsel af kvælstof er det desuden vist, at indholdet af N-min i jorden efter høst er lavere end ved ensartet tilførsel. Det tyder på, at der også er en miljømæssig gevinst. Litteratur: Christensen, B. T. m. fl., 1994: The Askov Long-Term Experiments on Animal Manure and Mineral Fertilizers: Danish Institute of Plant and Soil Science. SP-report no. 43. Knudsen, L. (red.), 2000: Oversigt over muligheder for at opnå en forbedret kvælstofudnyttelse. Arbejdsrapport fra Danmarks JordbrugsForskning og Landskontoret for Planteavl. Landskontoret for Planteavl. Pedersen, C. Å. (red.), 1997: Oversigt over Landsforsøgene, Landsudvalget for Planteavl. Pedersen, C. Å. (red.), 1998: Oversigt over Landsforsøgene, Landsudvalget for Planteavl. Pedersen, C. Å. (red.), 1999: Oversigt over Landsforsøgene, Landsudvalget for Planteavl. Petersen, J. (ed), 1996: Husdyrgødning og dens anvendelse. Statens Planteavlsforsøg, Tjele. SP rapport nr. 11. Poulsen, H. D. m. fl. (red.), 1997: Normtal for husdyrgødning. Danmarks Jordbrugs- Forskning. Beretning nr Landskontoret for Planteavl, 1999: N-minpjecen. Landskontoret for Planteavl, 1999: Optimal udnyttelse af fast staldgødning og dybstrøelse. Landskontoret for Planteavl, 1999: Optimal udnyttelse af fjerkrægødning. Landskontoret for Planteavl, 1999: Optimal udnyttelse af kvæggylle. Landskontoret for Planteavl, 1999: Optimal udnyttelse af svinegylle Gødskning med kvælstof\n60 7. Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak Fordampning af ammoniak til atmosfæren er et miljøproblem, fordi ammoniakken kommer tilbage til jordoverfladen eller vandmiljøet med nedbøren. Langt den største del af fordampningen af ammoniak til atmosfæren stammer fra landbruget. Udover ammoniak tilføres kvælstof til atmosfæren også i form af kvælstofoxider (NOx), der dannes ved forbrænding af fossilt brændstof, f.eks. i udstødningsgas fra biler. I tabel 7.1 er vist en oversigt over bidraget fra forskellige kilder. Som det ses af tabellen, er emissionen dvs. udledningen til luften af NOx-N i samme størrelsesorden som fordampningen af ammoniak fra landbruget. I atmosfæren reagerer ammoniak med svovlsyre og danner ammoniumsulfat. En mindre del reagerer med salpetersyre som er dannet ud fra NOx og danner ammoniumnitrat. En del af ammoniakken afsættes på jorden tæt på det sted, hvor det er fordampet fra. Ved modelberegninger er det vist, at pct. af ammoniakfordampningen fra en kilde afsættes indenfor en radius af 2 km fra kilden. I Danmark afsættes der tons kvælstof pr. år fra atmosfæren tons er af dansk oprindelse, mens resten kommer fra andre lande. Danmark er»nettoeksportør«af tons ammoniak kvælstof til vore nabolande. f Tabel 7.1. Emission af kvælstof til atmosfæren. (Andersen et. al, 1999). Type Kilde Tons emission pr. år Fordampning af ammoniak fra Stalde landbruget Husdyrgødningslagre Udbringning af husdyrgødning Ammoniakbehandling af halm Udbringning af handelsgødning Voksende afgrøder Ammoniakfordampning fra landbrug i alt Kvælstofoxider Fra forbrænding Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak 61\n61 I gennemsnit tilføres der 15 kg kvælstof pr. ha til jorden fra atmosfæren. Det varierer fra 10 kg pr. ha i egne med få husdyr, til 30 kg pr. ha hvor der er mange husdyr. Af den samlede deposition på 15 kg kvælstof pr. ha er 10 kg ammoniakkvælstof og 5 kg nitratkvælstof eller andre NOx- forbindelser. Afsætningen af kvælstof sker ikke blot på landbrugsarealer, hvor kvælstof i alt fald i vækstsæsonen kan udnyttes af afgrøderne, men også på naturarealer, sø- og havoverflader. Nogle af disse arealer er meget følsomme overfor tilførsel af kvælstof fra atmosfæren. Fordampning fra stalde Som det fremgår af tabel 7.1 sker der allerede i stalden en stor ammoniakfordampning. I svinestalde med gylle fordamper 15% af kvælstoffet i husdyrgødning. I kvægstalde fordamper kun 7,5%. Håndteres gødningen i svinestalden som fast staldgødning og ajle, fordamper der endnu mere. Der er størst fordampning i stalde med dybstrøelse, hvor tabet er helt op til 25%. En del tabes dog som frit kvælstof (N 2 ), der ikke påvirker miljøet. Man kan reducere fordampning af ammoniak ved at indrette stalden, så gødningen hurtigt bliver transporteret ud i lageret, og gøre overfladen, hvor gødningen er i kontakt med luften så lille som mulig. Det er også forsøgt at tilsætte syre til gødningen for at reducere ph og dermed ammoniakfordampningen, ligesom en køling af luften over husdyrgødningen i stalden også reducerer fordampningen. Fodring med proteinfattigt foder kan mindske ammoniumindholdet i husdyrgødningen og dermed fordampningen af ammoniak. Fordampning fra gødningslagre Gylle m. flydelag Ammoniakfordampning fra en gylletank forhindres ved at sørge for, at der altid er et flydelag. Det forhindrer, at gyllens indhold af ammoniumkvælstof kommer direkte i kontakt med atmosfæren. (Foto: Jens Bo Holm Nielsen). Under opbevaring af husdyrgødningen kan der fordampe ammoniak fra lageret. For at forhindre det, stiller myndighederne en række krav. På ajlebeholdere skal der være fast låg. Selv en mindre åbning i beholderen, f.eks. hullet hvor pumpen sidder, kan give et stort tab af kvælstof. Det har man vidst længe. I 30 erne, hvor kvælstof i handelsgødning var dyrt og arbejdskraften billig, sagde man, at det var så værdifuldt at få pumpehullet dækket, Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak\n62 at det fint kunne betale en medhjælpers løn, hvis han sad og dækkede hullet. I gyllebeholdere skal der være et flydelag på gyllen, som beskytter mod fordampning. Flydelaget kan dannes naturligt af tørstof i gyllen. Men nogle gange er man nødt til at tilsætte halm, etablere kunstige flydelag af lecasten eller plastdug eller evt. lægge betonlåg på beholderne. Et effektivt flydelag nedbringer fordampningen af ammoniak fra 10-15% til under 2% af gyllens kvælstofindhold. Desuden begrænser flydelaget lugtgenerne i nærheden af gyllebeholderen. I figur 7.1 er vist resultater af målinger af ammoniakfordampning fra gylle uden flydelag, flydelag af halm og med flydelag af leca. Begge typer flydelag reducerer fordampningen til en ubetydelig størrelse. Ved opbevaring af fast staldgødning navnlig svinegødning tabes op imod 30%. En stor del af tabet sker ved denitrifikation, hvor der dannes frit kvælstof. Fra fast kvæggødning tabes der kun halvt så meget. Pct. tab af total-n Ingen flydelag Snittet halm Tab ved at udbringe husdyrgødning Lecanødder d Figur 7.1. Fordampningen af ammoniak ved forskellige flydelag. Data fra Sommer, Der kan fordampe meget kvælstof kort tid efter, at man har udbragt husdyrgødning (figur 7.2), men man kan begrænse tabet Udbringning af gylle med slæbeslanger i vinterhvede. Udstyret sikrer en jævn fordeling af gyllen og begrænser ammoniakfordampning under og efter udbringning, fordi gyllen lægges ned på jorden under afgrøden. 7. Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak 63\n63 ved at nedfælde eller nedharve husdyrgødningen. Der fordamper heller ikke så meget, hvis gylle køres ud i voksende afgrøder f.eks. i vinterhvede, fordi afgrøden skaber et mikroklima ved jordoverfladen, hvor der er vindstille, og luftfugtigheden er høj. Derimod er det ikke så godt at køre gylle ud i tørvejr på græs efter slæt om sommeren, fordi græsset er kort og jorden hård. Der er ikke læ, og gyllen trænger ikke i jorden. Derfor bør gyllen nedfældes direkte i jorden. Ellers skal gyllen udbringes i regnvejr, eller der skal vandes lige efter udbringning. I gennemsnit regner vi med at tabe 15% kvælstof ved ammoniakfordampning. Men tabet i dag er formodentlig mindre på grund af ny udbringningsteknik som f.eks. slæbeslangevogne, hvor gyllen med slanger lægges ned på jordoverfladen mellem planterne. Akkumuleret ammoniaktab Oktober 1989 % af udbragt ammonium kvælstof Dage efter udbringning d Figur 7.2. Ammoniaktab (% af gyllens ammoniakindhold) fra overfladeudbragt kvæggylle på sort jord. Der var ikke nedbør i perioden (Sommer & Olesen, 1991). Litteratur: Andersen, J. M. m. fl., 1999: Emmission af ammoniak fra landbruget status og kilder. Danmarks JordbrugsForskning. Bak, J. m. fl., 1999: Natur- og miljøeffekter af ammoniak. Ammoniakfordampning redegørelse nr. 3. Danmarks Jordbrugs- Forskning og Danmarks Miljøundersøgelser, Ellermann, T. m. fl., november 1997: Atmosfærisk deposition af kvælstof. Faglig rapport fra DMU, nr Henriksen, L. H. m. fl., 1995: Ammoniakfordampning i landbruget. Miljø og Energiministeriet. Miljøprojekt nr Hovmand, M. F. m. fl., 1994: Atmosfærens stoftilførsel til danske skovøkosystemer. Faglig rapport fra DMU, nr. 98. Rom, H.B m. fl., 1999: Teknologiske muligheder for reduktion af ammoniakfordampningen fra landbruget. Ammoniakfordampning redegørelse nr. 2. Danmarks JordbrugsForskning og Danmarks Miljøundersøgelser. Sommer, S.G., 1997: Ammonia volatilization from farm tanks containing anaerobically digested animal slurry. Atmos. Environ. 31, p Sommer, S.G. og Olesen, J.E., 1991: Effects of temperature, wind speed and air humidity on ammonia volatilization from surface applied cattle slurry. Journal of Agricultural Science, Cambridge Kvælstoftab ved fordampning af ammoniak\n64 8. Denitrifikation i rodzonen Under iltfrie forhold i jorden kan nitrat i jordvandet reduceres til frit kvælstof (N2) eller kvælstofilter som f.eks. lattergas (N2O). Denne reduktion kan ske rent kemisk (kemisk nitratreduktion) eller ved en mikrobiologisk omsætning (biologisk denitrifikation). I rodzonen er den biologiske denitrifikationen dominerende, mens det i undergrunden er den kemiske nitratreduktion, der dominerer. I dette afsnit er kun den biologiske denitrifikation beskrevet, mens den kemiske nitratreduktion er beskrevet på s De bakterier, der reducerer nitrat til frit kvælstof eller lattergas, bruger normalt ilt ved åndingen, når de nedbryder organisk stof, men de kan bruge nitrat, hvis der ikke er ilt til stede. Denitrifikationen sker altså kun under iltfrie forhold. Betingelsen for denitrifikation er, at der er iltfrit, og at der er organisk stof og nitrat tilstede. Hvis en af disse betingelser ikke er opfyldt, forløber processen ikke. Hastigheden af denitrifikationen er påvirket af temperaturen. f Boks 8.1. Biologisk denitrifikation Denitrifikation: Biologisk denitrifikation sker ved (såkaldt fakultativt anaerobe) bakterier, der kan bruge såvel ilt som nitrat som oxidationsmiddel ved omsætning af organisk stof. Forudsætningen for denitrifikation er, at der samtidig er iltfrie forhold, organisk stof og nitrat til stede. Processen kan beskrives således: C6H12O6 + 4NO 3-6CO2 + 6H2O + 2N2 Hvis processen ikke løber helt til ende, kan der dannes lattergas (N2O), der virker som drivhusgas. Angivelser af denitrifikationens størrelse er meget forskellige. I dansk jord regnes normalt med en gennemsnitlig denitrifikation på 0-50 kg kvælstof pr. ha. Mindst på rent handelsgødet grovsandet jord og størst på husdyrgødet lerjord. Specielt i nedbørsrige år og under særligt fugtige forhold kan denitrifikationen være betydelig større. 8. Denitrifikation i rodzonen 65\n65 Denitrifikation i jord foregår typisk i såkaldte»hot spots«(figur 8.1). Det vil sige, at processen kun foregår i en lille del af jordvolumenet. Det er typisk i vandfyldte klumper af jordpartikler (knolde), hvor ilten ikke kan trænge ind. Hvis der samtidig er nitrat og organisk stof, kan denitrifikationen foregå, sålænge nitraten ikke er opbrugt. Når jorden tørrer ud, ophører denitrifikationen, fordi ilten så kan trænge ind i knoldene. Denitrifikationen er større på husdyrgødede end på handelsgødede arealer. Ved tilførsel af husdyrgødning tilføres organisk stof. Omsætningen af husdyrgødningens letomsættelige organiske stof gør, at ilten hurtigt bliver forbrugt, samtidig med at nitrat dannes ved nitrificering af husdyrgødningens ammoniumindhold. Navnlig ved nedfældet gylle er der risiko for, at der opstår hotspots med denitrifikation omkring den nedfældede gyllestreng. Derfor er tabet ved denitrifikation større ved nedfældning af gylle end ved bredspredning af gylle. I nogle tilfælde kan der ske en stor denitrifikation af udspredt nitrat i handelsgødning. Det gælder specielt situationer, hvor der efter udspredning om foråret kommer store nedbørsmængder med oversvømmelser til følge. Den store tidsmæssige variation i denitrifikationen, og det forhold, at den foregår i en lille del af det samlede jordvolumen gør, at det er yderst vanskeligt at måle, hvor meget nitrat, der denitrificeres. Det bliver ikke bedre af, at der er så meget N 2 i atmosfæren, at det er svært at måle bidraget fra denitrifikationen. Ud fra forskellige målinger af denitrifikationens størrelse er i følgende tabel angivet typiske værdier for denne. Luftporerum mellem Iltfrit centrum af krummer en stor vandfyldt Vandfyldt krumme krumme (over 3-5 mm (iltet) i diam) d Figur 8.1. Denitrifikation i jord foregår i»hotspots«, hvor der ikke er ilt tilstede, indholdet af organisk stof højt, og der er nitrat tilstede. Talstørrelserne angivet i tabel 8.1 er meget usikre. I meget nedbørsrige år og/eller på jordtyper med en høj grundvandsstand kan denitrifikationen være langt større end angivet i tabellen. Til trods for en stor forskningsindsats er datagrundlaget for at fastsætte denitrifikationens størrelse meget begrænset. Derfor er der fortsat stor usikkerhed om, hvordan et overskud af kvælstof skal fordeles på denitrifikation og kvælstofudvaskning i en given situation. Fjernelse af kvælstof med denitrifikation kan udnyttes til at rense vand for nitrat Denitrifikation i rodzonen\n66 Denitrifikation, kg N pr. ha pr. år Gødningstype JB 1-3 JB 4-5 JB 6-7 Handelsgødning alene Kvæggylle, bredspredt Kvæggylle, nedfældet Svinegylle, bredspredt Svinegylle, nedfældet d Tabel 8.1. Typiske værdier for denitrifikationens størrelse, kg N/ha på forskellige jordtyper, gødningstyper og udbringningsteknikker. (Modificeret efter Petersen et. al. 1996). kvælstof. I de kommunale rensningsanlæg fjernes en stor del af kvælstofindholdet i det tilledte kloakvand ved denitrifikation. I Holland, hvor der er et stort overskud af husdyrgødning, bruges denitrifikationen også til at fjerne kvælstof fra husdyrgødning. Denitrifikationen udnyttes også til at fjerne kvælstof fra drænvand ved, at dette ledes ud over enge med et højt indhold af organisk stof før det når vandløbet (se kap. 10). Litteratur: Christensen, B. T. m. fl., 1997: Kvælstofomsætning i rodzonen. Det Strategiske Miljøforskningsprogram, nr. 28. Clemput, O. V. (ed.), 1996: Progress in Nitrogen Cycling Studies, Proceedings of the 8 th. Nitrogen Workshop, University of Gent, Nieder, R. m. fl., 1989: Denitrification in the rooting zone of cropped soils with regard to methodology and climate A review. Biol. Fert., Soils, no. 8, p Petersen, J. (ed), 1996: Husdyrgødning og dens anvendelse. SP rapport nr. 11. Statens Planteavlsforsøg, Forskningscenter Foulum. Smith, K. A. m. fl., 1990: Losses of Nitrogen by Denitrification and Emissions of Nitrogen Oxides from Soils. The Fertilizer Society. 8. Denitrifikation i rodzonen 67\n67 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen Udvaskningen af kvælstof fra rodzonen sker primært i form af nitrat, der er opløst i jordvandet, og derfor løber med jordvandet ud af rodzonen, når der kommer mere nedbør, end jorden kan tilbageholde. Langt den overvejende del af udvaskningen sker i efterårs- og vintermånederne. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen afhænger derfor af, hvor meget nitrat, der er i jorden, og hvor meget vand, der strømmer gennem jorden og ud af rodzonen. Størrelsen af nitratudvaskningen afhænger af: - Hvor stor en afstrømning af vand, der er fra rodzonen i vintermånederne. - Hvor meget nitrat, der er i jorden, når afstrømningen begynder. - Hvor meget nitrat, der dannes i løbet af vinteren. d Boks 9.1. Faktorer, der påvirker nitratudvaskningen. Måling af nitratudvaskningen Måling af nitratudvaskningen fra en mark kan ske på flere måder. På drænede marker kan såvel afstrømningen af vand som koncentrationen i det afstrømmende drænvand måles. Normalt sker kun ca. halvdelen af afstrømningen gennem drænene, men den totale afstrømning fra arealerne kan beregnes ud fra nedbøren og fordampningen. Fra begyndelsen af I vinterhalvåret strømmer der vand ud fra planternes rodzone. En del af vandet løber gennem drænrør til vandløb el. lign. Resten strømmer mod grundvandet. (Foto: Claus Haagensen/Chilifoto) Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n68 Sugeceller er placeret i den ønskede dybde, efter at der først er lavet et hul i jorden med et stålspyd. Jordoverfladen omkring røret er forseglet med bentonit. Systemet påføres et undertryk, hvorved vandet suges fra jorden ind i keramikcellen. Ved dernæst at påføre systemet et overtryk presses vandet op gennem slangen (Djurhuus, J., 1990). 70 erne til 1994 gennemførte Danmarks JordbrugsForskning målinger på 12 drænvandsstationer. En anden metode til at måle kvælstofudvaskningen er brug af keramiske sugeceller. Sugecellerne graves ned i ca. 1 meters dybde, og der udtages så prøver af jordvandet fra sugecellerne hver uge eller hver 14. dag, hvorefter koncentrationen af nitrat- og ammoniumkvælstof bestemmes. Den samlede udvaskning beregnes ud fra den samlede afstrømning af vand fra rodzonen ganget med de målte koncentrationer. Metoden er meget brugt i forsøg, og siden 1990 har Danmarks Miljøundersøgelser gennemført målinger i ca. 40 marker i 6 landovervågningsoplande. Kvælstofudvaskningen kan også måles ved et antal gange i løbet af afstrømningsperioden at måle indholdet af nitrat og ammonium i jordprøver udtaget til 1 m s dybde. Kvælstofudvaskningen kan beregnes ved at gange koncentrationen af ammonium- og nitratkvælstof i laget fra cm med den beregnede afstrømning. I KVADRATNET for nitratundersøgelser i Danmark blev der gennemført systematiske målinger af kvælstofindholdet på ca. 800 arealer fra 1990 til Et indirekte udtryk for udvaskningspotentialet på en mark kan fås, ved at måle ammonium- og nitratindholdet i jorden om efteråret lige før afstrømningen begynder. Den egentlige udvaskning vil afhænge af den efterfølgende nedbør. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 69\n69 Betydning af nedbør og jordtype Der sker hele tiden en fordampning af vand fra jorden. Fordampningen er stor om sommeren, når jorden er dækket af en afgrøde, og når temperaturen er høj. Er fordampningen større end nedbøren, betyder det, at jordens vandindhold reduceres. Om sommeren sker der derfor ingen afstrømning af vand ud af rodzonen. Om efteråret falder temperaturen og dermed fordampningen af vand. Nedbøren bliver derfor større end fordampningen, og jorden fyldes med vand igen. På et tidspunkt kan jorden ikke tilbageholde mere vand, og afstrømningen fra rodzonen begynder. Om foråret stiger temperaturen, og fordampningen bliver igen større end nedbøren. Afstrømningen holder derfor op, og afgrøden har udover nedbøren i vækstsæsonen jordens vandindhold til rådighed. I nedbørsrige forår er der dog også i maj og juni måned dog risiko for en afstrømning af vand ud af rodzonen, hvis der er tale om grovsandet jord. På grovsandet jord kan kun tilbageholdes 1,2-1,4 mm vand pr. cm roddybde. Da roddybden på sandjord er ca. 50 cm, skal der kun mm vand til at fylde rodzonen. Om sommeren kan denne vandmængde i jorden kun dække afgrødens vandforbrug i 1 uge, hvis det ikke regner eller man kunstvander. Når jorden er udtørret, lider afgrøden af tørke, og fordampningen fra afgrøden er minimal. På lerjord er der op til 2 mm vand pr. cm roddybde, og da roddybden her normalt er 1 meter, er der ca. 200 mm vand i rodzonen. Afgrøderne kommer sjældent til at lide af tørke, og derfor er fordampningen større på lerjord end sandjord. Ved samme nedbørsmængde vil afstrømningen derfor være størst på sandjord. Ved f.eks. en nedbør på 640 mm vil afstrømningen være 300 mm på lerjord og 350 mm på sandjord. På sandjorden svarer det til, at vandet i rodzonen er skiftet ud 5-6 gange, mens det på lerjorden kun er skiftet ud 1-2 gange. Sandjorden bliver altså»vasket«effektivt igennem og så godt som hele nitratmængden udvaskes. Som en meget grov tommelfingerregel kan man regne med, at halvdelen af nitratindholdet i rodzonen er udvasket, når der på en vandmættet jord er kommet så meget overskudsnedbør, at det svarer til det maksimale vandindhold i rodzonen. Nedbøren varierer meget i Danmark. Nedbøren er størst i Vest- og Sønderjylland og mindst i Storebæltsområdet og herunder også Lolland-Falster. Der er også store variationer i jordtyperne forskellige steder i landet. Grovsandet jord er mest almindelig i Vestjylland, mens lerjord er fremherskende i den østlige del af landet. På grovsandet jord vaskes stort set alt mobilt kvælstof ud af rodzonen i løbet af vinterhalvåret. På lerjord afhænger udvaskningen meget af, hvor meget nedbør der kommer i vinterhalvåret. Hvis dyrkningspraksis er den samme, betyder forskellen i afstrømningen, at der bliver udvasket mest kvælstof på sandjord og mest i den vestlige del af landet, hvor nedbøren er størst. Alt dette fremgår tydeligt af tabel Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n70 Lolland-Falster Sjælland, Fyn Vest- og og Djursland og Østjylland Sønderjylland Årlig nedbør, mm Afstrømning, mm Sandjord Lerjord d Tabel 9.1. Nedbør og afstrømning fra lerjord og sandjord forskellige steder i landet. Data fra Danmarks Miljøundersøgelser. Jordens indhold af nitrat Det er svært at påvirke afstrømningen fra rodzonen, fordi den overvejende er bestemt af naturgivne forhold som nedbør og jordtype. Men udvaskningen af nitrat kan begrænses ved at minimere mængden af nitrat i jorden, når afstrømningen begynder sent på efteråret. Mængden af nitrat afhænger først og fremmest af, hvilke afgrøder der er på marken især om efteråret og af hvor meget handels- og husdyrgødning, der er tilført, og hvornår det er sket. Desuden kan også jordbehandlingen påvirke nitratindholdet i jorden om efteråret. Afgrødevalget Afgrødevalget afgør i høj grad, hvor meget kvælstof der udvaskes. Det betyder meget, hvornår på året afgrøden holder op med at optage kvælstof, og hvor meget kvælstof der ved høst er efterladt i stub og rod. Udvaskningen er størst fra marker, hvor der tidligt på efteråret er efterladt store mængder kvælstof i rod og stub, og hvor der ikke er afgrøder til at optage det mineraliserede kvælstof. En afgrøde som ærter efterlader en stor kvælstofmængde i rod og stub allerede ca. 1. august, og udvaskningen er derfor stor, hvis jorden er ubevokset om efteråret. Mængden af nitrat i jorden, når afstrømningen begynder, afhænger blandt andet af: - Om jorden er bevokset om efteråret og med hvad. - Hvor meget kvælstof, der er tilført den netop høstede afgrøde, og i årene forud. - Hvor meget kvælstof, der er fjernet med den høstede afgrøde. - Hvornår der er tilført husdyrgødning. - Om afgrøderesterne er fjernet eller nedbragt i jorden. - Jordens dyrkningshistorie, dvs. navnlig tilførsel af organisk stof tilbage i tiden. - Jordbehandlingen om efteråret. h Boks 9.2. Faktorer, der påvirker jordens indhold af nitrat. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 71\n71 Afgrøde i Høst- Kg N pr. ha i rod Bevoksning Kvælstof- Udvaskning på lerjord Udvaskning på sandjord vækstsæsonen tidspunkt og stub v. høst følgende efterår optagelse Kg N pr. ha Kg N pr. ha om efteråret, (årlig nedbør 640 mm, (årlig nedbør 640 mm, kg N/ha afstrømning 300 mm) afstrømning 350 mm) Handels- Handels- Handels- Handelsgødning og husdyr- gødning og husdyrgødning gødning Vinterhvede/ Vårbyg 1/8-1/9 25 Ubevokset Vinterkorn Græs,udlæg Gul sennep Vinterraps Markært/ 1/8-1/9 100/125 Ubevokset Vårraps 15/7-1/8 Vinterkorn Græs,udlæg Gul sennep Vinterraps Roer 1/10-15/ Majs 1/10-1/ Kløvergræs, slæt 15/ Græs Kløvergræs, slæt 15/9 150 Vinterkorn Kløvergræs, afgræs. 15/10-1/ Græs Kløvergræs, afgræs. 15/9 150 Vinterkorn d Tabel 9.2. Typiske tal for udvaskning af nitrat på ler- og sandjord opdelt efter afgrøde, efterårsbevoksning og type gødning. Husdyrgødning er tilført om foråret i en mængde svarende til 150 kg total-kvælstof pr. ha Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n72 Jo mere kvælstof der optages af afgrøderne om efteråret, desto mindre udvaskes, når afstrømningen tager fart i vintermånederne. Gode efterafgrøder begrænser udvaskningen meget. Tabel 9.2 viser typetal for udvaskningen på forskellige jordtyper efter forskellige afgrøder og med forskelligt plantedække om efteråret. De angivne talstørrelser dækker over en meget stor variation. Optagelse af kvælstof om efteråret i efterårsudsåede afgrøder som vinterhvede, vinterraps og efterafgrøder af gul sennep afhænger udover klimaet meget af tidspunktet for såning, og af hvor meget kvælstof der er til rådighed for afgrøden. Planterne optager mest, hvis de er sået tidligt, og jorden kan frigøre meget kvælstof, som for eksempel på husdyrbrug, efter ærter, grønsager og lignende. Tabel 9.2 angiver den normale variation i optagelsen for forskellige efterårsafgrøder. Vinterkorn Vinterhvede optager normalt fra 10 til 30 kg kvælstof pr. ha om efteråret, medens vinterbyg og vinterrug optager noget mere. Man kan dog få vinterkornet til at optage endnu mere ved at så tidligt. Ved at så 1. september i stedet for 20. september, optages der kg kvælstof mere pr. ha. Hvis der er meget kvælstof i jorden, f. eks. på ejendomme med husdyrgødning, kan kvælstofoptagelsen i afgrøden være betydeligt større. Efterafgrøder Efterafgrøder kan etableres efter høst. Her kan anvendes korsblomstrede afgrøder (raps, sennep, ræddike) eller evt. korn og græs. Efterafgrøder af græs etableres dog bedre som udlæg i korn, hvor græsfrøet sås samtidig med vårsæd om foråret og vokser frem i bunden af kornafgrøden. Veletablerede efterafgrøder af gul sennep, olieræddike, vinterraps eller græs optager kg N pr. ha i løbet af efteråret. Forudsætningen er, at efterafgrøden er fremspiret omkring midten af august. Græs eller korn, der sås som efterafgrøde efter høst, vokser langsommere og skal helst være etableret inden 1. august. Senere såning reducerer optagelsen af kvælstof med cirka 1-2 kg pr ha pr. dag. Ved at dyrke efterafgrøder kan man næsten altid holde indholdet af nitrat i jorden på et lavt niveau i hele vinterhalvåret. Figur 9.1 viser indholdet af nitrat i jorden, efterår og vinter i en mark, der er ubevokset om efteråret og i en mark med en veletableret efterafgrøde af gul sennep. N-min Kg/ha i cm dybde Bevokset, 40 N Bevokset, 0 N Ubevokset 0 aug. sep. okt. nov. dec. jan. feb. mar. apr. d Figur 9.1. Indholdet af nitrat i jorden på en mark, der er ubevokset om efteråret og i en mark med en veletableret efterafgrøde af gul sennep. Sennepsafgrøden er enten ugødet eller tilført 40 kg N pr. ha ved såning (Østergaard, H. S., et al. 1980). 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 73\n73 Spildkorn og ukrudt kan virke som en form for efterafgrøde og typisk optage kg N pr. ha om efteråret, hvilket svarer til den normale optagelse af kvælstof i vinterkorn. Ved at harve let efter høst kan man få de spildte kerner til at spire, så spildkornet optager kvælstof så effektivt som muligt. Der er altså en miljømæssig gevinst ved at sikre spildkorn og ukrudt så gode vækstbetingelser som muligt. Derfor bør man undlade at bekæmpe spildkorn og ukrudt før sent efterår eller endnu bedre om foråret. Dertil kommer, at jordbehandling i sig selv fremmer mineraliseringen, og jordbehandling om efteråret forøger dermed udvaskningen. Rodukrudt bekæmpes imidlertid bedst om efteråret, hvorfor man ofte er nødt til at lave et kompromis mellem hensynet til ukrudtsbekæmpelsen og ønsket om at opsamle kvælstof. Ved konsekvent at udnytte sædskiftet herunder dyrkning af efterafgrøder kan kvælstofudvaskningen reduceres betydeligt. Det medfører på længere sigt, at jordens indhold af organisk kvælstof og dermed mineraliseringen af kvælstof fra jorden stiger. Det vil efterhånden reducere behovet for tilførsel af kvælstof til afgrøderne, men det kan også betyde en øget kvælstofudvaskning i år, hvor der ikke er en kvælstofopsamlende afgrøde om efteråret. Græsmarker Græsafgrøder er under gode vækstforhold effektive til at optage kvælstof fra jorden også om efteråret. Det gælder også selvom, der til 1-3 årige kløvergræsmarker ofte tilføres betydeligt mere kvælstof end der fjernes med afgrøden, når kløverens egen fiksering af kvælstof indregnes. Slætgræs, der tilføres op til 400 kg N pr. ha, efterlader kun lidt mineralsk kvælstof i jorden, men der opbygges en stor mængde organisk bundet kvælstof i græsmarkernes rødder. Nitratudvaskningen fra kløvergræsmarker, der anvendes til slæt, og som ligger vinteren over, er derfor normalt lav, hvilket også fremgår af tabel 9.2. Når marken ompløjes kan der opstå problemer, især hvis der er tale om flerårige kløvergræsmarker. Det skyldes, at det or- f Tabel 9.3. Årlig nitratudvaskning i gns. af 3 år efter ompløjning af kløvergræs på forskellige tidspunkter i 3 marker, kg N pr. ha (Olsen, P., 1996). Forsøgsled Nitratudvaskning, kg N/ha Ompløjnings- Afgrøde Afgrøde Mark 1 Mark 2 Mark 3 tidspunkt 1. år 2. år Tidligt efterår Vinterhvede Rug Tidligt efterår Vinterhvede Vårbyg Sent efterår Vårbyg Rug Sent efterår Vårbyg Vårbyg Forår Vårbyg Rug Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n74 ganisk bundne kvælstof i kløvergræsset begynder at blive omdannet til nitrat i det øjeblik, græsset pløjes ned. Hvis græsmarken f. eks. pløjes ned i september forud for såning af vintersæd, vil der frigives langt større mængder nitrat, end vintersæden kan optage. Resultatet kan være en stor nitratudvaskning i den efterfølgende vinterperiode, hvilket fremgår af tabel 9.3. Ved ompløjning af kløvergræsmarker skal man være opmærksom på, at gøre det på det rigtige tidspunkt. Det vil i praksis sige, at ompløjningen på grovsandet jord skal foretages om foråret. Desuden skal jorden være bevokset en stor del af tiden i de efterfølgende to efterår, og helst med en afgrøde, der kan optage meget kvælstof. Af forsøget ses at der også er opnået en betydelig effekt af at så rug i efteråret efter vårbyg, der blev etableret efter den ompløjede kløvergræsmark, selvom kvælstofoptagelsen i rug om efteråret ellers anses for at være beskeden. På lerjord kan ompløjningen ske sent om efteråret uden risiko for at få en stor kvælstofudvaskning bagefter. Afgræsningsmarker Målinger af udvaskningen fra afgræsningsmarker viser, at der under visse forhold kan udvaskes meget store kvælstofmængder herfra. Græssende dyr påvirker i høj grad kvælstofomsætningen pct. af den kvælstofmængde dyrene æder afsættes i gødning. Den ujævne fordeling af urin betyder, at der i pletter tilføres mellem 300 og 1000 kg N pr. ha, hvilket er langt over græsafgrødens kvælstofbehov. I disse pletter tabes kvælstof enten til luften eller i form af nitratudvaskning. Kvælstoffet i den faste gødning er på organisk form og påvirker ikke umiddelbart nitratudvaskningen i samme grad som urinen. Risikoen for nitratudvaskning fra afgræsningsmarker afhænger navnligt af hvor mange dyr, der afgræsser marken fra 1. august og resten af efteråret. Det er nemlig især det urin, der afsættes sidst på året, der resulterer i en øget nitratudvaskning. Jo senere på året gødningen afsættes, jo mindre andel af kvælstoffet optages af afgrøden, og jo mere udvaskes som nitrat (tabel 9.4). f Tabel 9.4. Andelen af urinkvælstof genfundet i græs og genfundet i jorden i november måned efter tilførsel af urinkvælstof (300 kg N pr. ha) på forskellige tidspunkter (Cuttle, S. P., et al. 1995). Tidspunkt for urintilførsel 25. juli 15. aug. 5. sept. 26. sept. 16. okt. 6. nov. Pct. optaget i afgrøden Pct. tilbage i jorden i nov Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 75\n75 Græssende dyr påvirker kvælstofomsætningen meget, og der er risiko for at tabe betydelige mængder kvælstof til luften eller i form af nitratudvaskning. Der er mulighed for at påvirke tabet bl. a. ved at begrænse antallet af dyr på marken om efteråret. Det er nemlig især den urin, der afsættes på marken sidst på året, der risikerer at blive udvasket efter at være omdannet til nitrat. I praksis er der målt stor udvaskning fra afgræsningsmarker. Resultatet af målinger gennemført af Danmarks Miljøundersøgelser fremgår af tabel 9.5. Her ses det, at der er målt stor udvaskning fra græsmarker og efter ompløjning af græsmarker. De høje tal er effekten af en høj gødningstilførsel, og af at græsmarkerne hovedsageligt findes på sandjorder i den vestlige del af landet, hvor nedbøren er størst. f Tabel 9.5. Målte udvaskninger fra stationsmarker i Landovervågningsoplandene, 1990/ /96. (Grant, R., et al 1997). Hovedafgrøde Vinterafgrøde Gns. N- N-tildelt 1) N netto Målt N- tildelt til kg N/ha tilførsel. 2) udvaskning marken kg N/ha kg N/ha/år 90/91-95/96 kg N/ha/år Korn vinterkorn Korn udlæg Korn sort jord Korn efterårsgødsk. 3) Ærter vinterafgr Raps vinterafgr Fabriksroer sort jord Græs 4 græs Græs 4 vinterafgr Rodfrugter sort jord ) N-tildeling: handelsgødning + husdyrgødning + afsat N under afgræsning 2) N netto tilført: (handelsgødning + husdyrgødning + afsat N under afgræsning + N-fiksering + N-deposition) N høstet 3) Gødning givet til sort jord 4)»Græs«indeholder både rent græs og kløvergræs Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n76 For at reducere udvaskningen fra afgræsningsmarker skal man sørge for, at dyrene efter 1. august ikke er på græs længere tid end nødvendigt, for at de kan æde græsset. Bortførslen af kvælstof med det græs de æder, skal svare til tilførslen af kvælstof i den husdyrgødning, de afsætter på marken. Det er desuden vigtigt, at proteinmængden i foderet i stalden er tilpasset optagelsen af kvælstof i græs på marken. Ellers kan der let opstå en situation, hvor køerne overfodres med protein, og dermed udskiller langt mere kvælstof i husdyrgødningen end nødvendigt. Hvis en mindre afgræsning skal resultere i en mindre nitratudvaskning, forudsætter det en tilstrækkelig opbevaringskapacitet til, at gødningen fra stalden kan udbringes på et hensigtsmæssigt tidspunkt. Sammenhængen mellem kvælstofgødskning og udvaskning Hvis landmanden gødsker optimalt, er der normalt kun kg nitratkvælstof pr. ha tilbage i rodzonen efter høst af en kornmark. Hvis der er tilført væsentligt mere kvælstof, end afgrøden kan bruge, er mængden af nitrat betydelig større. I løbet af efteråret mineraliseres en del af det organisk bundne kvælstof fra rod- og stubrester, så der frigøres nitrat. Jo mere kvælstof afgrøden er tilført, desto større mineralisering. Størrelsen af mineraliseringen afhænger dog endnu mere af, hvor meget kvælstof, der er tilført marken i de tidligere år, end af tilførslen af kvælstof i det enkelte år. Figur 9.2 viser sammenhængen mellem tilført kvælstof og udvasket nitrat i den følgende vinter. Sålænge afgrødens kvælstofbehov ikke overskrides, stiger udvaskningen kun svagt ved en stigende tilførsel af kvælstof. Tilføres der betydeligt mere kvælstof, end afgrøden kan optage, stiger udvaskningen derimod meget. Den økonomisk optimale kvælstofmængde, som er den kvælstofmængde, landmanden skal tilføre for at tjene flest penge, ligger oftest under knækket på udvaskningskurven. Det vil sige, at det hverken ud fra en økonomisk eller en miljømæssig synsvinkel er hensigtsmæssigt at tilføre mere kvælstof end den økonomisk optimale mængde. Kvælstofudvaskning (kg N pr. ha) N-tilførsel, kg N pr. ha Udvaskning _ Kerneudbytte pr. 10 _ tons Udvaskning Ton kerne pr. ha kerne 10 d Figur 9.2. Principskitse. Sammenhængen mellem kvælstofgødskning og nitratudvaskning og mellem kvælstofgødsnking og udbytte i vinterhvede Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 77\n77 Forsøg har vist, at hvis man nedsætter kvælstoftilførslen i forhold til den optimale kvælstofmængde, reduceres udvaskningen kun med pct. af den mindre tilførte mængde. I figur 9.2 er vist en principskitse af sammenhængen mellem tilførsel af kvælstof, udvaskningen og udbyttet. Af figuren ses, at udvaskningen pr. hkg produceret kerne er mindst ved tilførsel af lidt mindre end den økonomisk optimale kvælstofmængde. Ovennævnte sammenhæng mellem gødskning og nitratudvaskning gælder for de mest almindelige landbrugsafgrøder, som først høstes, når de er modne. Det forholder sig anderledes for afgrøder, der høstes inden de er modne. Det drejer sig især om grønsagsafgrøder som spinat, salat o.lign., som er i kraftig vækst ved høst, fordi de skal være grønne og friske. Det er de kun, hvis der er tilstrækkeligt med kvælstof i jorden på høsttidspunktet. Det betyder, at der er betydelige mængder kvælstof tilbage i jorden efter høst. For den slags afgrøder er der en næsten lineær sammenhæng mellem tilført kvælstof og udvaskning af nitrat, med mindre man etablerer efterafgrøder. Husdyrgødning contra handelsgødning Udvaskningen er større ved gødskning med husdyrgødning end ved gødskning med handelsgødning. Det skyldes, at der ved gødskning med husdyrgødning totalt skal tilføres mere kvælstof end ved gødskning med handelsgødning for at opnå den samme gødningsvirkning. Det skyldes som nævnt, at en stor del af kvælstoffet i husdyrgødning er organisk bundet. Dette organisk bundne kvælstof omdannes løbende til nitrat såvel i som udenfor vækstperioden. Det nitrat, der dannes udenfor vækstperioden (ca. halvdelen, hvis afgrøden er korn), vil være meget udsat for at blive vasket ud af rodzonen. Tidligere var udvaskningen fra husdyrgødede arealer endnu større i forhold til handelsgødede arealer end i dag. Det skyldes, at det tidligere var almindeligt at udbringe en betydelig del af husdyrgødningen om efteråret bl.a. før såning af vintersæd. Husdyrgødningens indhold af ammoniumkvælstof blev allerede om efteråret omdannet til nitrat, og da vintersæd kun optager begrænsede mængder kvælstof om efteråret, var udvaskningen fra husdyrbrug dengang meget stor. Siden 1993 har det været forbudt at udbringe flydende husdyrgødning om efteråret undtagen på græsmarker eller marker med vinterraps. Desuden var det vanskeligt at vurdere effekten af husdyrgødningen, fordi ammoniakfordampningen under og lige efter udbringning kan variere meget. Hvis landmanden var usikker på, hvor godt husdyrgødningen virkede, var han tilbøjelig til at tilføre mere kvælstof, end afgrøden havde behov for. I dag har mange års forsøgsarbejde vist, at virkningen af husdyrgødning er ganske sikker, og der er også indført regler om, at landmanden skal regne med en høj udnyttelse af kvælstof i husdyrgødning. Selv ved en optimal udnyttelse af husdyrgødning, som det sker i dag, vil der altid være en større udvaskning fra husdyrgødede arealer end ved brug af den tilsvarende mængde plantetilgængelige kvælstof i handelsgødning. Skønsmæssigt vil udvaskningen alt andet lige være 5-15 kg Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n78 Stubbearbejdning og pløjning om efteråret forøger risikoen for nitratudvaskning, fordi kvælstofomsætningen forøges. kvælstof højere for hver 100 kg N i husdyrgødning (= 1 dyreenhed), der tilføres til markerne, end fra et brug uden husdyrgødning. Fra et svinebrug med f.eks. 1,4 dyreenheder pr. ha vil udvaskningen således være 7-21 kg kvælstof pr. ha større end fra et tilsvarende planteavlsbrug med samme sædskifte. Jordbehandling Også jordbehandling kan påvirke kvælstofudvaskningen. Generelt betyder pløjning eller kraftige harvninger, at kvælstofmineraliseringen forøges. Jo oftere og jo kraftigere jorden behandles fra høst til om foråret, desto større bliver kvælstofmineraliseringen og dermed risikoen for nitratudvaskning. Mekanisk ukrudtsbekæmpelse om efteråret i form af stubharvninger, fræsninger etc. vil derfor forøge kvælstofudvaskningen. Alt andet lige er det ud fra et udvaskningsmæssigt synspunkt bedst at anvende»reduceret jordbehandling«, hvor såningen sker direkte i stubben af den tidligere afgrøde, og hvor ukrudtet er bekæmpes kemisk før den direkte såning. Ønsker man alligevel at pløje, er det bedst at gøre det så sent som muligt og helst først om foråret (Se figur 9.3). Forsøg på lerjord viser faktisk, at udvaskningen i det aktuelle forsøg blev reduceret med 27 kg kvælstof pr. ha ved at udlade stubbehandling om efteråret og vente med at pløje til om foråret. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 79\n79 Udvaskning kg N/ha/år Pløjet efterår Pløjet forår Pløjet efterår, stubbearbejd. efterår Pløjet forår, stubbearbejd. efterår Ikke pløjet stubbearbejd. efterår Ikke pløjet stubbearbejd. forår g Figur 9.3. Årlig nitratudvaskning på en lerjord ved forskellig jordbehandling. Gns. af 4 år. (Hansen, E. M., et al 1996). Brugstyper I tabel 9.6 er vist resultater af målinger gennemført af DMU på 34 stationsmarker, som indgår i Landovervågningsoplandene. Ved vurdering af udvaskningen på de forskellige brugstyper skal man bemærke, at der i denne undersøgelser er flere husdyr pr. ha på kvægbrugene end på svinebrugene. Endvidere skal man bemærke, at kvægbrugene overvejende er beliggende på sandjord i Vestdanmark, hvor nedbøren er stor. Den meget store målte udvaskning fra kvægbrug kan synes overraskende, fordi kvægbrugene eller har et stort areal dækket med græs om efteråret. Men dette overskygges af en meget stor samlet tilførsel af kvælstof og måske effekten af en stor udvaskning fra afgræsningsmarker. Ved vurderingen af størrelsesordenen for kvælstofudvaskningen i tabel 9.6, skal man være opmærksom på, at halvdelen af målingerne er foretaget før det blev forbudt at udbringe flydende husdyrgød- ftabel 9.6. Landbrugsdata og kvælstofudvaskning fra målestationer for forskellige brugstyper i Landovervågningsoplandene, gennemsnit for årene 1990/ /96. Tallene i parentes er standardfejlen (s.e.) på gennemsnittet. (Grant, R., et al 1997). Brugstype Antal Husdyr N-tildelt 1) N høstet N netto tilf. 2) Afstrøm. Målt kg N/ha/år stationer DE/ha kg N/ha/år kg N/ha/år kg N/ha /år mm/år N-udvask. Planteavl (5,2) Svinebrug 6 0, (8,6) Kvægbrug 18 1, (8,2) 1) N-tildeling: handelsgødning + husdyrgødning + udbinding 2) N netto tilført: (handelsgødning + husdyrgødning + udbinding + N-fiksering + N-deposition) N høstet Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n80 ning om efteråret, og før der blev indført maksimale kvælstofkvoter pr. ejendom. I tabel 9.7 er opstillet nogle typetal for nitratudvaskningen på forskellige brugstyper : planteavlsbrug, svinebrug og kvægbrug. På planteavlsbrugene anvendes udelukkende handelsgødning, mens der på de 2 andre brugstyper også anvendes husdyrgødning fra hhv. svin og kvæg. Herudover er der forskel i afgrødevalget, idet man på kvægbruget producerer grovfoder til dyrene, og på svine- og planteavlsbruget producerer foder til svin samt salgsafgrøder. Der er regnet med de samme sædskifter på svinebrugene og planteavlsbrugene. Forskellene mellem de beregnede værdier for nitratudvaskningen på de forskellige brugstyper i de forskellige områder skyldes forskelle i gødningstilførsel og sædskifte på ejendommene. Ved beregningerne af nitratudvaskningen er der taget hensyn til afgrødesammensætningen i de forskellige egne af landet og på de forskellige brugstyper. Endvidere er der taget hensyn til det aktuelle antal husdyr på svinebrugene og kvægbrugene i de forskellige områder. Der er således regnet med en større husdyrgødningsproduktion på svinebrugene end på kvægbrugene. Økologisk jordbrug I økologisk jordbrug anvendes ikke mineralsk gødning. Gødskningen af afgrøderne er baseret på husdyrgødning eller andre organiske gødninger, herunder afgrøderester og kvælstof, der er fikseret af ftabel 9.7. Typetal for nitratudvaskning på forskellige brugstyper forskellige steder i landet. Sand- og lerjord. Kg N pr. ha. Tallene er gældende efter iværksættelse af bl. a. VMP II.På svinebrug er udbragt 140 og på kvægbrug 150 kg N i husdyrgødning pr. ha. pr. år. Årsnedbør Lav (mm) Middel (mm) Stor (mm) Sjælland og Fyn og Vest- og Lolland-Falster Østjylland Nordjylland Planteavlsbrug Sandjord Lerjord Svinebrug Sandjord Lerjord Kvægbrug 1) Sandjord Lerjord ) Udvaskningen fra kvægbrug varierer meget, bl. a. fordi andelen af græs i sædskiftet og afgræsningsstrategien er forskellig. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 81\n81 bælgplanter. Sammenlignet med konventionelle kvægbrug, er antallet af dyr pr. ha lavere på de økologiske brug. På økologiske brug er andelen af græsmarker og efterafgrøder større end i konventionelt jordbrug. Da organisk bundet kvælstof indebærer en øget risiko for nitratudvaskning, og da en effektiv græsbevoksning om efteråret og efterafgrøder medfører en mindre nitratudvaskning, er der på de økologiske brug både forhold, der vil øge nitratudvaskningen og forhold, der vil reducere nitratudvaskningen, sammenlignet med konventionelle jordbrug. Der foreligger på nuværende tidspunkt kun få målinger af nitratudvaskningen på økologiske brug. I tabel 9.8 er vist resultaterne af 3 års målinger i et økologisk sædskifte. Ved vurdering af tallene i tabellen skal man være opmærksom på, at der er tale om resultater fra et enkelt areal over en periode på 3 år. De meget lave udvaskningstal i vinteren skyldes den meget lave afstrømning. Men resultaterne viser, at der også indenfor økologisk kvægbrug er store forskelle i udvaskningen. Der blev målt lave værdier under græs og roer, men høje værdier under helsæd og vintersæd efter ompløjning af kløvergræsmarken. I perioden er der hvert år gennemført målinger af jordernes nitrat- og ammoniumindhold på ejendomme med økologisk drift. Jo større nitrat- og ammoniumindholdet er om efteråret, hvor afstrømningen begynder, jo større er risikoen for nitratudvaskning. Et højt N- min-indhold om efteråret betyder ikke nødvendigvis, at nitratudvaskningen bliver stor. Det kommer an på afstrømningen i vinterperioden. Men N-min-indholdet om efteråret viser, hvor meget driftsformen i sig selv påvirker risikoen for nitratudvaskning. På figur 9.4 er vist de N-min-indhold, der blev målt. Resultaterne i figur 9.4 viser, at der på de økologisk dyrkede marker både er målt meget lave og meget høje indhold af nitrat- og ammoniumkvælstof om efteråret. De lave N-min-indhold knytter sig specielt til etablerede kløvergræsmarker. Høje N-min-indhold om efteråret er fortrinsvis målt i forbindelse med: etablering af vintersæd efter ompløjning af græsmarker f Tabel 9.8. Nitratudvaskning i et økologisk sædskifte i perioden til Der blev gødsket med husdyrgødning fra 0,9-1,4 DE pr. ha. Lerblandet sandjord. Kg N pr. ha. (Kristensen, E. S., et al 1998). År Afstrømning, Byg m. 1. års 2. års Helsæd Vinterhvede Roer Gennemsnit mm udlæg kløvergræs kløvergræs Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n82 N-min, kg N pr. ha, cm Mark nummer d Figur 9.4. Indholdet af nitrat- og ammoniumkvælstof om efteråret på økologisk dyrkede marker (alle afgrøder) i perioden Kg N pr. ha. Resultater fra KVADRATNET for nitratundersøgelsen. vintersæd eller ubevokset mark 2. år efter ompløjning af kløvergræs el. lign kartofler eller grønsager afgræsningsmarker organisk gødning tilført efterår. Målingerne viser, at den økologiske driftsform ikke i sig selv er nogen garanti for, at kvælstofudvaskningen er lav. Udvaskningen på økologiske brug vil ligesom på konventionelle brug afhænge af driftlederens evne til at»passe på kvælstoffet«. Det diskuteres jævnligt, hvor udvaskningen er størst på konventionelle brug eller på økologiske? Spørgsmålet kan ikke besvares entydigt, bl.a. fordi der skal korrigeres for forskelle i antallet af husdyr pr. ha. Sammenlignes et økologisk og et konventionelt kvægbrug med lige mange dyreenheder pr. ha, vil udvaskningen fra de 2 brug være næsten ens, og eventuelle forskelle vil mest afhænge af forskelle i den aktuelle driftledelse på de 2 ejendomme. Udvaskningen af kvælstof fra rodzonen på landsplan Som beskrevet i et tidligere afsnit er det muligt at måle kvælstofudvaskningen direkte. Men på grund af den store variation i udvaskningen mellem markerne og mellem årene skal der mange målinger til for at give en sikker beregning af kvælstofudvaskningen på landsplan og også for at give et sikkert billede af udviklingen i kvælstofudvaskningen med årene. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 83\n83 .I perioden 1971 til 1994 gennemførte Danmarks JordbrugsForskning målinger på 12 drænvandsstationer, der var placeret i marker med normal landbrugsdrift. Alle drænvandsstationer var placeret på lerjord eller lerblandet sandjord, fordi egentlige sandjorde ikke er drænede. Målingerne er genoptaget på 3 af drænvandsstationerne i I perioden 1971 til 1994 blev der i gennemsnit af stationerne ikke konstateret nogen tendens til ændringer i udvaskningen. I perioden har Danmarks Miljøundersøgelser gennemført målinger af kvælstofudvaskningen på ca. 40 stationsmarker i Landovervågningsoplandene. Generelt er der målt en større kvælstofudvaskning end modelberegningernes angivelser. Der er målt en tendens til en faldende udvaskning i perioden, men faldet er kun statistisk sikkert for stationsmarker på sandjord med tilførsel af husdyrgødning. Hverken drænvandsundersøgelserne eller målinger i stationsmarkerne giver mulighed for at beregne kvælstofudvaskningen på landsplan. Her er man henvist til at beregne nitratudvaskningen med forskellige modeller udfra den aktuelle afgrødefordeling, forbrug af handelsgødning og kvælstofmængden i husdyrgødning og andre organiske gødninger I Vandmiljøplanen fra 1987 (se kapitel 11) blev kvælstofudvaskningen fra rodzonen (markbidraget) vurderet til t (ca. 80 kg pr. ha). Målsætningen var en reduk- Kvælstofudvaskning 1000 tons År d Figur 9.5. Den gennemsnitlige udvaskning på landsplan fra 1984 til 1996, kg N pr. ha. i følge Vandmiljøplan I og II (udarbejdet på grundlag af Landbrugs- og Fiskeriministeriet, 1995 og Grant, R., et al, 1999) skal nitratudvaskningen reduceres til ton Udvaskning af kvælstof fra rodzonen\n84 tion på t, for at bringe udvaskningen ned på det niveau man mente, den var på i 50 erne. I såvel NPO-redegørelsen som i Vandmiljøplanen fra 1987 (se kap. 11) tog man udgangspunkt i, at ca. 80 pct. af kvælstofudvaskningen på landsplan kom fra landbrugsarealerne. I figur 9.5 er vist resultaterne af en modelberegning af nitratudvaskningen siden Af figuren ses, at udvaskningen er faldet fra ca ton midt i 80 erne til ca ton i 1997, som er det sidste år, den er beregnet. Beregningen er foretaget ved normalklima men ud fra årenes aktuelle afgrødefordeling og gødningsforbrug. Der er en betydelig usikkerhed på størrelsesordenen af udvaskningen. Jævnfør figuren mangler der fortsat ton kvælstof for at nå Vandmiljøplanens mål fra Det er baggrunden for, at man i februar 1998 vedtog Vandmiljøplan II, hvor man i beregningerne gik ud fra, at der efter at de forskellige tiltag, der allerede var vedtaget i lovgivningen, virkede fuldt ud, ville mangle tons i at nå målsætningen. I kapitel 11 er der givet en oversigt over, hvordan kvælstofudvaskningen forventes at ville udvikle sig i fremtiden. Litteratur: Cuttle, S. P. m. fl., 1995: Management options to limit nitrate leaching from grassland. Journal of Contaminant Hydrology. Djurhuus, J., 1990: Sammenligning af nitrat i jordvand udtaget med sugekopper og ekstraheret fra jordprøver. Tidskrift for Planteavl, vol 94 side Grant, R. m. fl., 1997: Landovervågningsoplande. Faglig rapport fra DMU, nr Grant, R., m. fl., 1999: Landovervågningsoplande Faglig Rapport fra DMU nr. 293 Hansen, E. M. m. fl., 1996: Jordbearbejdning til vårbyg Statens Planteavlsforsøg. Grøn Viden nr Kristensen, E. S. m. fl., 1998: Kvælstofudvaskning og -balancer i konventionelle og økologiske produktionssystemer. Forskningscenter for Økologisk Jordbrug. Landbrugets Rådgivningscenter, Landskontoret for Planteavl, 1996: Kvadratnet for nitratundersøgelser i Danmark Landbrugs- og Fiskeriministeriet, 1995: Bilag til redegørelse for udnyttelse af husdyrgødning og udviklingen i landbrugets kvælstofbeholdning. Olsen, P., 1996: Nitratudvaskning efter ompløjning af kløvergræsmarker Grøn Viden nr. 164 Simmelsgaard, Sv. E. m. fl.,1999: Udvikling i kvælstofudvaskning fra landbruget belyst ved målinger. Samlet og udgivet af Landskontoret for Planteavl ved Leif Knudsen. Østergaard, H. S. m. fl., 1980: Efterafgrøders kvælstofudnyttelse i relation til Gødningsøkonomi og miljø. Landskontoret for Planteavl. Østergaard, H. S., 1999: Typetal for nitratudvaskning. Landskontoret for Planteavl. 9. Udvaskning af kvælstof fra rodzonen 85\n85 10. Kvælstofomsætning under transport fra rodzonen til grundvand og overfladevand Det er langt fra alt det kvælstof, der udvaskes fra rodzonen, der ender i overfladevand eller i grundvand. Der sker nemlig en betydelig reduktion under transporten. Naturen har en form for selvrensende effekt, idet den ved biologisk denitrifikation eller kemisk nitratreduktion i nogle tilfælde skiller sig af med en del af det overskydende nitrat. Dette er tydeligt illustreret i tabel 10.1, der stammer fra data i Landovervågningsoplandene. Indholdet af nitrat i grundvandet bare 3 meter under terræn er således væsentligt lavere end i det vand, som forlader rodzonen, ligesom kvælstofkoncentrationen i vandløbene også er markant lavere end i rodzonevandet. Reduktion af nitrat fra rodzone til grundvandsspejl En del af det nitrat, der med overskudsnedbøren transporteres ned mod grundvandsmagasinerne, reduceres til frit kvæl- f Tabel Kvælstofkoncentrationer i de forskellige medier af det hydrologiske kredsløb, gennemsnit for de hydrologiske år 1989/ /98. For rodzonevand, drænvand og vandløbsvand er anvendt vandføringsvægtede årskoncentrationer og for grundvand gennemsnitskoncentrationer. Kvælstof er angivet som nitratkvælstof pr. liter vand for rodzonevand, drænvand og grundvand og som total-n for vandløbsvand. I vandløbsvand udgør nitrat-n ca. 90 pct. af total-n. Alle værdier er målte størrelser. (efter Grant, R. et al, 1999). Element i hydrologisk kredsløb Lerjordsoplande Sandjordsoplande Opland 1 Opland 4 Opland 3 Opland 2 Opland 6 Rodzonevand 19,1 18,7 24,7 35,8 24,6 Drænvand 16,6 18,1 Grundvand 1,5 m 15,3 14,3 15,5 20,2 18,6 Grundvand 3 m 5,5 7,0 8,5 15,0 11,0 Grundvand 5 m 3,2 6,1 7,8 15,3 Grundvand 7 m 0,8 Overfladenær afstrømning 12,0 14,7 10,4 13,8 2,8 Grundvandsafstrømning 7,1 9,2 5,7 5,5 1,2 Vandløb 9,5 11,5 7,4 7,3 1, Kvælstofomsætning\n86 stof (N2) inden det når grundvandsmagasinerne. Det sker hovedsageligt ved en kemisk nitratreduktion, som i modsætning til en biologisk denitrifikation (kapitel 8) sker ved en ren kemisk reaktion. Forskningen har dog vist, at der også kan finde en betydelig biologisk denitrifikation sted under rodzonen, hvor der lejlighedsvis optræder iltfrie forhold. Det organiske stof, som er nødvendigt for den biologiske denitrifikation, udvaskes sammen med nitraten fra f.eks. udbragt husdyrgødning. Udbredelsen og størrelsen af den biologiske denitrifikation under rodzonen er usikker. Forudsætningen for en kemisk nitratreduktion er, at der ikke må være ilt til stede (anaerobe forhold), og at der optræder kemiske forbindelser, der har et redoxpotentiale så stort, at det kan reagere med ilten i nitraten. Det er navnlig jernforbindelser (pyrit), der opfylder disse betingelser. Ved reaktionen oxideres jern, og nitraten reduceres til frit kvælstof (se boks 10.1) Kemisk denitrifikation i jord sker hovedsageligt ved en reaktion mellem pyrit og nitrat, hvorved der dannes frit kvælstof og okker. 10 Fe NO H Fe(OH) 3 + N H + h Boks Kemisk denitrifikation Jordens reduktionskapacitet afhænger således primært af jordens indhold af ferrojern, dvs. reduceret jernioner (Fe 2+ ) ofte i form af pyrit. Generelt har lerjorder en stor og sandjorder en lille reduktionskapacitet. I jorden findes normalt en skarp overgang imellem det øverste jordlag, hvor reduktionskapaciteten er opbrugt, og der derfor ikke mere finder en fuldstændig nitratreduktion sted (den iltede zone), og det næste jordlag, hvor der fortsat er reduktionskapacitet. Visuelt fremtræder den iltede zone ofte som rødlig, fordi jernet er på iltet form (ferri-jern), og den ikke-iltede zone som lys til blålig, fordi jernet er på reduceret form (ferro-jern). Det er ikke kun nitrat, der kan opbruge jordens reduktionskapacitet. Den iltmængde, der er opløst i jordvandet, og som strømmer gennem jorden, bruger ligeledes jordens reduktionskapacitet. Faktisk er det først gennem de sidste 50 år, at nitratindholdet i jordvandet har haft betydning. Ilt alene skønnes årligt at bruge en reduktionskapacitet svarende til et jordlag på henholdsvis 0,1 og 0,2 cm på ler- og sandjord, mens jordvand med et højt nitratindhold vil øge forbruget af reduktionskapacitet til i alt 0,5-1 cm pr. år. Den iltede zone er derfor nord og øst for israndslinien, hvor jorden er aflejret af sidste istid, som ophørte for ca år siden, typisk udbredt til en dybde på meter på lerjord og meter i områder med sandjord. På de vestjyske bakkeøer, som blev aflejret for mere end år siden, er den iltede zone i visse områder beliggende betydeligt dybere, fordi de mange årtusinders gennemstrømning af iltet vand har forbrugt reduktionskapaciteten til stor dybde. Selvom forbruget af reduktionskapacitet i de sidste 50 år måske har været 5 gange større end tidligere, har det på grund af den relativ korte årrække ikke haft nogen væsentlig betydning for den iltede zones udbredelse. Med det nuværende forbrug af reduktionskapacitet vil det tage minimum år at bruge reduktionskapaciteten i et lerlag på 5-10 meter. 10. Kvælstofomsætning 87\n87 Grundvandets nitratindhold er for en stor del bestemt af den nitratreduktion, der sker i jordlagene mellem rodzonen og grundvandsspejlet. Generelt er grundvandet godt beskyttet mod nitratforurening, og selvom reduktionskapaciten i jorden bruges til denne nitratreduktion, er ændringen i reduktionskapacitet så langsom, at det tager hundreder af år, før ændringen får betydning. h Boks Nitratreduktion mellem rodzone og grundvandsspejl Generelt er det danske grundvand godt beskyttet mod nitratforurening som følge af de nitratreducerende jordlag. På kortet s. 18 kan ses, at der specielt i Viborg, Nordjyllands og Århus Amter er områder med en lille reduktionskapacitet, og hvor grundvandet derfor er meget udsat for nitratforurening. Områderne i de øvrige amter ligger mere spredt. Reduktion i kvælstofmængden ved transport fra rodzone til havet Overfladenær afstrømning Det nitratkvælstof, der udvaskes fra landbrugsjorden, transporteres med overskudsnedbøren enten til grundvandet eller via overfladenær afstrømning til vandløb. På lerjord, som normalt er drænet for at få en rentabel landbrugsproduktion, vil 40-50% af overskudsnedbøren strømme til vandløbet gennem dræn eller ved anden overfladenær afstrømning. Det vil sige, at cirka halvdelen af det udvaskede kvælstof fra rodzonen i samme år bliver transporteret til vandløbene. I lerjordsområder stammer derfor mere end halvdelen af kvælstoffet i vandløbene fra kvælstof udvasket fra jorden indenfor det samme år. Resten af vandet i vandløbet stammer fra grundvandsmagasinerne, hvor vandet og dermed nitratkvælstoffet kan være mange år gammelt, fordi det kan være lang tid undervejs. På sandjord strømmer kun 5-20% af overskudsnedbøren til vandløbene ved en overfladenær afstrømning. Langt hovedparten af vandet i vandløbene kommer fra grundvandsmagasinerne. Vandløbet fødes derfor næsten kun af vand, som strømmer til og fra grundvandet man kalder dem»grundvandsfødte«vandløb. Meget af vandet i et sådant vandløb er måske strømmet ud af rodzonen på landbrugsjorden for år siden. Derfor er det sådan, at man i vandløb med lerjordsoplande relativt hurtigt faktisk i samme år kan se en del af effekten af ændringer i udvaskningen fra landbrugsjorden, mens det varer mange år i sandjordsoplande. Her vil en ændret udvaskning først kunne måles, når koncentrationen af nitrat i grundvandsmagasinerne har ændret sig. Ved transporten fra rodzone til vandløb reduceres indholdet af nitrat ved denitrifikation. I de lerjordsoplande, der er med i Landovervågningsoplandene, strømmer der 14 kg kvælstof pr. ha dyrket jord frem til vandløbene via overfladenær afstrømning, mens der udvaskes 68 kg kvælstof pr. ha fra rodzonen. Dvs., der sker en be Kvælstofomsætning\n88 Sandjordsoplande (gennemsnit af 3 oplande) Handelsgødning 113 kg N ha -1 Husdyrgødning (tot)116 kg N ha -1 Atm. + fiksering 42 kg N ha -1 Lerjordsoplande (gennemsnit af 3 oplande) Handelsgødning 116 kg N ha -1 Husdyrgødning (tot) 69 kg N ha -1 Atm. + fiksering 30 kg N ha -1 Total 271 kg N ha -1 Total 215 kg N ha -1 Afgrøde ca. Afgrøde ca. 131 kg N ha kg N ha -1 Rodzone Rodzone 124 kg N ha kg N ha -1 Vandløb ca. 12 kg N ha -1 4 kg N ha -1 8 kg N ha -1 Grundvand 14 kg N ha -1 Grundvand 11 kg N ha -1 Vandløb ca. 25 kg N ha -1 d Figur Skitse af vandets og kvælstoffets årlige kredsløb i henholdsvis ler- og sandjordsoplande, 1989/ /98. (Grant, R. et al, 1999). tydelig reduktion i den kvælstofmængde, der når frem til vandløbene i forhold til den mængde, der vaskes ud af rodzonen (se figur 10.1). Reduktionen af kvælstof sker ved denitrifikation, før kvælstoffet når vandløbene. Reduktionen er mindst, hvor overskudsnedbør transporteres meget hurtigt gennem dræn og ud i selve vandløbet. Løber overskudsnedbøren derimod på overfladen eller gennem et vandmættet område sker der en større eller mindre reduktion af nitratmængden. Størst reduktion fås, hvis overskudsnedbøren transporteres til grundvandsmagasinet og først herefter ud til vandløbene. Her kan reduktionen af nitrat være næsten 100 pct. Våde enge Hvis man lader være med at lade drænvandet fra markerne løbe direkte gennem drænrørerne ud i vandløbene, men i stedet leder det udover marker, der ligger langs vandløbene, kan der ved denitrifikation fjernes en stor del af nitratindholdet i drænvandet, før det når vandløbet. Det skyldes, at der på disse marker ofte vil være et lavt iltindhold og et højt indhold af organisk stof (enge). Princippet i de såkaldte»våde enge«er vist på figur Undersøgelser har vist, at der pr. år normalt kan fjernes mellem 200 og 500 kg nitrat pr. ha våd eng. Mængden af nitrat, der fjernes, afhænger naturligvis af den 10. Kvælstofomsætning 89\n89 I våde enge reduceres nitrat til luftformige kvælstofforbindelser ved denitrifikation. Ved at lade drænvand oversvømme marker langs et vandløb fjernes en større eller mindre del af nitratet fra drænvandet. Herved opnåes, at den mængde kvælstof, der transporteres til havet gennem vandløb og søer bliver mindre (Foto: Poul A. K. Rasmussen). nitratmængde, der ledes ud over arealet. Forudsætningen for at lede drænvandet fra de højereliggende marker ud over engene er, at det ikke generer afvandingen af de marker, der ligger ovenfor. Reduktion af nitrat i vandløb, søer og fjorde Også på bunden af vandløb, søer, fjorde og have denitrificeres nitrat til frit luftformigt kvælstof. En del af det udvaskede nitratkvælstof forsvinder altså under transporten gennem vandløb, søer og fjorde. Ager N2 N2 Ager Drænet eng Våd eng Næringsholdigt drænvand ledes direkte til vandløb Afbrudt dræn. Drænvandet siver gennem engen til vandløbet d Figur Princippet i våde enge. Normalt ledes drænvand direkte ud i vandløb, som vist til venstre. Ved at afbryde drænene inden vandløbet, som vist til højre, og lade vandet risle ud over og gennem engen opnås optimale betingelser for denitrifikation af nitrat i jorden. Det er dog langt fra alle steder, at betingelserne for at etablere en våd eng er opfyldt Kvælstofomsætning\n90 Våde enge kg N/ha pr. år Vandløb kg N/ha pr. år Søer kg N/ha pr år Fjorde kg N/ha pr. år d Figur Mængden af nitrat fjernet ved denitrifikation i våde enge og i vandmiljøet (Næringsstoffer arealanvendelse og naturgenopretning. (DMU 1997). Figur 10.3 viser variationen i den mængde nitrat, der kan denitrificeres pr. ha. i våde enge og i vandmiljøet. Der er ingen nøjagtige undersøgelser af størrelsen af denitrifikationen i vandløb. Når et vandløb går over sine bredder og oversvømmer lavtliggende arealer, fås en denitrifikation, der er på linie med dén beskrevet under»våde enge«. I søerne denitrificeres mellem 30 og 50% af den mængde nitrat, der tilføres. Hvor meget afhænger især af vandets opholdstid i søen. I et gennemsnitsår er denitrifikationen i vandløb og søer vurderet til ca. 10% af den samlede udledning fra landbruget. Tilsvarende denitrificerer fjordene ca. 40 pct. af det tilførte nitrat, men med store forskelle fra fjord til fjord. f Figur Reduktion af kvælstof under transport i vandmiljøet med udgangspunkt i skøn for udledningen i begyndelsen af 90 erne. Tallene er skønnet på basis af flere kilder og er behæftet med stor usikkerhed. * Denitrifikation og aflejring tons N Denitrifikation og aflejring tons N Denitrifikation og aflejring tons N Denitrifikation og aflejring Udvaskning fra Rodzonen tons N Vandløb og søer tons N Fjorde og kystnære områder tons N Åbne havområder tons N * Ved transport til vandløb via grundvand og overfladenær afstrømning 10. Kvælstofomsætning 91\n91 Vandløb fra luften Kvælstoffet transporteres gennem vandløb, søer og fjorde til havet. Undervejs sker der en reduktion (denitrifikation) fra nitrat til luftformige kvælstofforbindelser, så kvælstofmængden i vandmiljøet reduceres (Foto: Omar Ingerslev). I figur 10.4 er reduktionen af kvælstof ved transport fra rodzone til vandløb og videre til søer og fjorde ud i havet i begyndelsen af 90 erne vurderet. De viste talstørrelser er behæftet med stor usikkerhed og skal kun illustrere størrelsesordnerne. Størrelsen af denitrifikationen af kvælstof under transport fra rodzonen til havet er helt afgørende for, hvor meget udvaskningen fra landbrugsjorden påvirker miljøet i havet. Hvordan denitrifikationen varierer mellem årene og hvordan den påvirkes af ændringerne i udvaskningen fra rodzonen er usikkert. Fra midten af 1800-tallet begyndte man at dræne landbrugsarealet. År 1900 var ca. 20 pct. af hele landbrugsarealet drænet. I dag udgør det drænede areal ca. 50 pct. af landbrugsarealet. Det sikrer en hurtig afstrømning af overskydende nedbør fra landbrugsjorden, og det meste drænvand f Boks Nitratreduktion mellem rodzone og havmiljø. Ved transport af kvælstof fra rodzonen til vandløb og gennem vandløb ud til havet sker der en betydelig reduktion af kvælstofmængden primært i form af en denitrifikation af nitratkvælstof til uskadeligt frit kvælstof. I dag regner vi kun med, at pct. af kvælstofudvaskningen fra rodzonen når vandløbene, og at en endnu mindre del når ud i havet. En af måderne til at reducere kvælstofbelastningen af havmiljøet er at øge denne denitrifikation, f.eks. ved etablering af våde enge, hvor drænvandet fra højereliggende marker ledes henover de humusrige enge, og nitrat derved omdannes til frit kvælstof Kvælstofomsætning