A1: Driftsmæssige reguleringer

Transkript

1 Kortlægning af risikoarealer for fosfortab i Danmark A1: Driftsmæssige reguleringer Reduceret jordbearbejdning kan bidrage til at forbedre jordens struktur og stabilitet. Et såbed efter reduceret bearbejdning vil være ujævnt med afgrøderester og knolde af forskellig størrelse på overfl aden. En større overfl aderuhed kan mindske afstrømmende vands hastighed, erosive kraft og evne til transport af jordpartikler og tilknyttede stoffer. Reduceret jordbearbejdning Fosfor og Virkemidler Preben Olsen Institut for Jordbrugsproduktion og Miljø, Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet Beskyt ferskvand mod P-tab Definition Reduceret jordbearbejdning (conservation tillage) er ikke entydigt defineret, men dækker i Danmark over dyrkningsmåder, hvor der ikke pløjes før en afgrøde sås. Direkte såning uden forudgående jordbearbejdning eller såning efter en overfladisk eller cm dyb, ikke vendende bearbejdning betragtes som reduceret jordbearbejdning. Udspredning af frø med en gødningsspreder helt uden forudgående jordbearbejdning, eventuelt i en endnu ikke høst kornafgrøde, må anses for den ultimative form for reducerede jordbearbejdning. Først i de senere år er forringelsen af dyrkningsjorden begyndt at komme i fokus i EU (Kommisionen for de Europæiske Fællesskaber, 2006) medens der i Danmark for nylig er udkommet en rapport der beskriver truslerne mod kvaliteten af den dyrkede jord (Schjønning et al. 2009). Reduceret jordbearbejdning har dog, bortset fra områder med siltjorde og områder med ringe nedbør, en mindre udbredelse i Europa. Formål Det overordnede sigte med reduceret jordbearbejdning er at forbedre jordens struktur og stabilitet, så dens evne til at modstå vind påvirkninger fra vand og vind forøges. Redaktion: Brian Kronvang Carl Christian Hoffmann Hans E. Andersen Annette Baatrup-Pedersen Berit Hasler Gitte H. Rubæk Goswin Heckrath Charlotte Kjærgaard Uffe Jørgensen Christen Børgesen Preben Olsen

2 2 Det anslås, at ca. 10 % af det danske kornareal dyrkes med en form for reduceret jordbearbejdning (Anonym, 2006). Drivkraften bag reduceret jordbearbejdning i Danmark har mere været at reducere omkostningerne til afgrødeetablering (mindre forbrug af energi og tid) end ønsket om at beskytte dyrkningsjorden og det tilgrænsende miljø. På kort sigt må der forventes at være omkostninger forbundet med overgang til reduceret jordbearbejdning anskaffelse af nødvendige maskineri og indarbejdningen af de nye dyrkningsmåder. Om udbredelsen af reduceret jordbearbejdning vil stige eller falde fremover vil bl.a. afhænge af de generelle, økonomiske betingelser for landbrugsproduktionen. Med de stigende energipriser og afkoblingen af EU s landbrugsstøtte vil der være landbrugsjord, der ikke kan dække omkostningerne forbundet med traditionel pløjning og såning. I den modsatte retning vil trække stigende verdensmarkedspriser på korn og efterspørgsel af biomasse til energiformål. Virkemåde Med reduceret jordbearbejdning foretages en mindre intens bearbejdning af jorden end med traditionel pløjning og efterfølgende såbedstilberedning. Sammenlignet med det traditionelle vil såbedet tilberedt med en form for reduceret bearbejdning, være væsentlig mere ujævnt og indeholde langt flere afgrøderester og knolde af forskellig størrelse på overfladen. Den større mængde afgrøderester og knolde i det reducerede såbed øger overfladens ruhed og dens evne til at opmagasinere nedbør. Afgrøderester og knolde kan samtidig være med til at beskytte finere aggregater mod at blive sønderdelt af faldende regndråber. Når et aggregat knuses af regn kan fine jordpartikler blive frigjort og opslemmet i vandet. De fine partikler kan tilstoppe porer og aggregatmellemrum. Udjævning og tilslemning af overfladen forøger risikoen for afstrømning af vand på overfladen og dermed for vanderosion. Dyrkningsmæssige konsekvenser af tilslemning kan blive manglende fremspiring af småfrøede afgrøder som eksempelvis raps og dermed ekstra udgifter til omsåning. En tysk undersøgelse på forskellige jordtyper (Tebrügge & Düring, 1999) har vist, at aggregatstabiliteten var mindst med konventionel dyrkning; større med reduceret jordbearbejdning og størst med direkte såning. Forskellen i aggregatstabilitet dyrkningsmåderne mellem aftog med stigende lerindhold. Direkte såning forbedrer regnormenes livsbetingelser (Andersen, 1987a; Edwards & Lofty, 1982) og dermed antallet af intakte regnormegange. Det gælder især arter med dybe og lodrette gange som Stor regnorm (Lumbricus terrestris) (Andersen, 1987b, Edwards & Lofty, 1982). Et større antal ormegange medvirker til at øge jordens infiltrationskapacitet, hvilket igen mindsker risikoen for overfladeafstrømning. Chan & Heenan (1993) fandt en signifikant sammenhæng mellem antallet af makroporer, der bidrog til vandtransporten og mængden af regnorm. I et dyrkningssystem med direkte såning og stub var 65 % af ormegangene vandførende mod blot 1 % med pløjning og afbrænding af stub. Ehlers (1975) fandt, at hvor der ikke blev jordbearbejdet, havde næsten alle ormegange forbindelse til jordoverfladen og kunne transportere vandet ned til en dybde af 180 cm. Det var ikke tilfældet, hvor jorden blev bearbejdet. Organiske forbindelser fra nedbrydningen af afgrøderester, udført af såvel større organismer (biller, orm, snegle) som mindre (svampe, bakterier), kan tillige være med til stabilisere og sammenbinde jordens mineralske bestanddele (Schrader et al., 1997; Chan 2001). Opstår der overfladeafstrømning, kan den reduceret bearbejdning forårsaget af større ruhed bremse hastigheden af det strømmende vand. Derved nedsættes såvel vandets erosive kraft som dets evne til at transportere eroderet materiale. Samlet stiger muligheden for, at eroderet materiale aflejres, inden det strømmende vand forlader marken. Der er findes ingen danske undersøgelser, der dokumenterer, hvor meget reduceret jordbearbejdning kan begrænse tab af jord ved vanderosion. Danske markundersøgelser af erosion har dog vist at tabet af jord var mindst, hvor marken ikke blev jordbearbejdet om efteråret (stub) eller var bevokset med juletræer. Størst var tabet, hvor jorden var blevet pløjet eller tilsået med vintersæd. Figur 1 viser jordtabet i m 3 pr. ha som funktion af jordens indhold af ler og silt. Argentinske undersøgelser har vist, at direkte såning kan reducere vanderosionen med 95 % sammenlignet med pløjning. Reduceret jordbearbejdning gav en mindskelse på 68 % (Holland,

3 Erosion (m 3 /ha) 1,0 0,8 0,6 0,4 0, Ler + silt, 2-20 µm (%) Figur 1. Forventet erosion som funktion af ler + silt indhold beregnet med ny, dansk vanderosionsmodel. Det er antaget, at der ikke fandtes vandstandsende lag på arealet; at den samlede mængde af nedbør og snesmeltning på frossen jord udgjorde 12 mm; at der var 2 dage hvor nedbøren var større end 20 mm; at den akkumulerede nedbør, på dage hvor der faldt mere end 8 mm, i alt udgjorde 230 mm; en gennemsnitlig LS værdi på 2,75 og endelig at LS 99 % kvartilen var 15. (Djurhuus et al., 2007). 2004). I USA er sedimenttabet med reduceret jordbearbejdning blevet begrænset med op til % (Baker & Laflen, 1983; Fawcett et al., 1994). Hvor kan reduceret jordbearbejdning anvendes? Vintersæd Pløjet Stub Juletræer Når vand strømmer af på jordoverfladen, vil der altid være en risiko for at der fremkommer vanderosion. Fremkomst af overfladisk vandafstrømning og deraf følgende erosionsproblemer kan imidlertid skyldes to principielt forskellige forhold. Inden tiltag iværksættes, er det derfor vigtigt at afklare årsagen til at en afstrømning opstod. Generelt skelner man mellem Hortonisk overfladeafstrømning (Horton overland flow) og mættet overfladeafstrømning (saturated overland flow). Hortonisk overfladeafstrømning opstår, hvis tilførslen af vand overstiger jordens infiltrationskapacitet. Det er altså jordoverfladens egenskaber som er afgørende, idet jorden bliver mættet med vand fra overfladen og nedad. Denne afstrømningsform ses typisk på marker, hvor jordoverfladen er blevet tilslemmet. Mættet overfladeafstrømning kan fremkomme hvis et jordlag med høj hydraulisk ledningsevne overlejrer et jordlag med lavere hydraulisk ledningsevne. Det dybe lag begrænser nedsivningen af vand i dybden, hvorved jorden bliver mættet nede fra og op. Denne afstrømningsform ses fx hvor et finsandet materiale ligger ovenpå jord med højt lerindhold, men kan også fremkomme ved andre former for tætte lag, fx et allag eller en pløjesål. På kort sigt vil den Hortoniske afstrømning kunne mindskes med reduceret jordbearbejdning. På længere sigt kan øget antal af ormegange og andre kontinuære bioporer medvirke til nedbrydning af en problematisk pløjesål som årsag til en mættet overfladeafstrømning (Munkholm, 2005). For at undgå mættet overfladeafstrømning på et areal med tæt underjord kan det være nødvendigt at udføre en systematisk dræning. Alternativet kan være en permanent udtagning af omdriften. Interessen for reduceret jordbearbejdning har i Danmark især drejet sig om dyrkning af vinterhvede, hvor det, i modsætning til vårsæd, har været muligt at opretholde udbytterne (Rasmussen, 1988). Ensidig vinterhvededyrkning kan imidlertid give problemer med svampesygdomme og opformering af vanskelige ukrudtsarter, specielt græsser (Melander, 2007) og dermed give et øget sprøjtebehov. Ældre, danske forsøg og praktiske erfaringer med pløjefri dyrkning har vist problemer med hæmmet vækst i majs, raps og sukkerroer. Foreløbige resultater fra nyere forsøg startet i 2003 med almindelig pløjning og 3 varianter af pløjefri dyrkning har vist problemer med hæmmet rodvækst, sen udvikling og lavere udbytte af korn på JB4 men ikke på JB6. Når sværere jorde, JB 6-9, generelt synes bedst til reduceret jordbearbejdning i forhold til JB3-5, menes det at være fordi frost/tø og opfugtning/ udtørring bedre kan gendanne en god struktur på svære jorde samtidig med, at ormegange og rodkanaler på JB 6-9 er mere stabile (Munkholm, 2005). På sandede jorde i nedbørsrige områder som Vestog Sønderjylland kan der vise sig at være behov for tilbagevendende harvninger til større dybde end det, man normalt anvender i pløjefri dyrkning. Årsagen er at disse jorde har tendens til selvpakning (Munkholm, 2005) især som følge kornstørrelsesfordelingen jordernes indhold af ler og grovsand. 3

4 4 Effekter for fosfor Virkningen af reduceret jordbearbejdning på tabet af jord og fosfor vil afhænge af hvilken afstrømningsvej, der dominerer på et givet areal. Er det overfladeforhold, der begrænser infiltrationen, må reduceret jordbearbejdning forventes at have her og nu fordele. Skyldes den overfladisk afstrømning imidlertid, at der er en pløjesål, må det forventes at virkningen af den reducerede jordbearbejdning først vil indfinde sig på længere sigt. Det tager tid at lade biologien (planterødder og regnorme) stå for løsningen af en pløjesål. I og med at reduceret jordbearbejdning kan bidrage til at mindske risikoen for tilslemning af markoverfladen og dermed at der opstår hortonisk afstrømning (Tebrügge & Düring, 1999) vil også risikoen for tab af jord og fosfor med overfladisk afstrømmende vand mindskes. På den anden side vil omfordelingen mellem overfladeafstrømning og infiltration gennem bioporer, kunne øge risikoen for udvaskning af både opløst P og partikulært P. På de kunstigt drænede jorde vil der være en forøget risiko for at stoffer når helt frem til en recipient. Selv om reduceret jordbearbejdning ikke kan forhindre en mættet overfladeafstrømning fremkaldt af tætte jordlag i dybden, kan den alligevel medvirke til at begrænse tabet af jord og især partikulært fosfor som følge af flere afgrøderester på overflade, større aggregatstabilitet og større overfladeruhed. Alle disse forhold kan medvirke til at bremse afstrømmende vand og mindske indholdet af opslemmet materiale. Hvis forhold i underjorden bremser eller forhindrer vandets nedtrængning kan systematisk dræning eller udtagning af omdrift være vejen frem mod at undgå overfladeafstrømning. Tab af fosfor ved dræning kan imidlertid have andre miljømæssigt uønskede konsekvenser. Tidshorisont for effekt Et klart svar på hvor længe det tager at opnå en god og stabil jordstruktur ved at overgå til pløjefri dyrkning kan ikke gives, da den bedre struktur og stabilitet vil være resultatet af komplicerede fysiske og biologiske processer. Pløjefri dyrkning vil normalt føre til en hurtig og markant pakning af det tidligere pløjelag under den dybde, hvortil man har valgt at udføre den reducerede bearbejdning. For at modvirke pakning kan man vælge at foretage en dybere harvning. Dette vil på den anden side kunne forsinke eller hindre den tilsigtede udviklingen hen imod en bedre jordstruktur fordi den dybere harvning ødelægger bioporernes kontinuitet. Der må således forventes at være en overgangsperiode, hvor jordstrukturen forbedres i takt med at puljen af organisk stof i jorden bliver bygget op og mængden af bioporer forøges. Skulle problemer opstå er det derfor vigtigt ikke blot at se på her og nu situationen, men også på den udvikling af jordstrukturen, man ønsker at opnå på længere sigt. Usikkerhed I forsøg har indførsel af pløjefri dyrkning på tidligere pløjet jord vist sig at kunne reducere infiltrationen, fordi det, der tidligere var pløjelaget, nu bliver mere kompakt end oprindeligt (Schjønning, 1989; Schjønning & Rasmussen, 1989). Dette kan føre til, at den mættede overfladeafstrømning forøges. Det har omvendt også vist sig, at pløjefri dyrkning kan bidrage til nedbrydning af en eksisterende pløjesål ved hjælp af regnorme og rødder, hvilket kan medvirke til at nedsætte risikoen for at vand strømmer af på pløjesålen (interflow). Pakkes jorden som følge af langvarig, reduceret jordbearbejdning, er der risiko for ophobning af fosfor på jordoverfladen, hvilket øger risikoen for P-tab med afstrømmende vand (Rasmussen, 1999). Ønsker man at overgå til reduceret jordbearbejdning kan det være nødvendigt at mindske tilførslen af fosfor for at imødegå risikoen for tab (Soileau, et al., 1994). Effekter for kvælstof Reduceret jordbearbejdning kan påvirke jordens mineralisering af kvælstof og planternes kvælstofudnyttelse. Dermed kan reduceret jordbearbejdning influere på risikoen for kvælstofudvaskning. Effekten af reduceret jordbearbejdning afhænger bl.a. af jordtype, bearbejdningsdybde, -tidspunkt og -intensitet. Der vil derfor være forskel på, hvordan forskellige former for reduceret jordbearbejdning påvirker kvælstofudvaskningen. I praksis kan der være tale om ret intensiv jordbearbejdning selv i jord-

5 bearbejdningssystemer, der benævnes reduceret jordbearbejdning (Hansen, 2004a). Generelt synes det at gælde for leret jord, at udeladelse af kraftig jordbearbejdning om efteråret ved dyrkning af vårsæd kan mindske risikoen for udvaskning. I forsøg på sandjord har jordbearbejdning vist mindre effekt på udvaskningen end på lerjord (Hansen, 2004a og 2004b). Udvaskning ved reduceret jordbearbejdning i forbindelse med såning af vintersæd er mangelfuldt belyst. I et igangværende forsøg har der generelt ikke været statistisk sikker forskel på udvaskningen ved forskellige intensiteter af jordbearbejdning (fra pløjning til direkte såning). Dårlig planteetablering og vækst i forbindelse med reduceret jordbearbejdning har dog været årsag til, at der i enkelte tilfælde er fundet større udvaskning ved reduceret jordbearbejdning end ved pløjning (Hansen et al., 2006). Det er dog vanskeligt at generalisere ud fra disse få resultater. Referencer Andersen, A. 1987a: Regnorme uddrevet med strøm i forsøg med direkte såning og pløjning. Tidsskrift for Planteavl 91, Andersen, N.C. 1987b: Investigations of the ecology of earthworms (Lumbricidae) in arable soil. Statens Planteavlsforsøg. Beretning nr. S Djurhuus, J., Højsgaard, S., Heckrath, G. & Olsen, P. 2007: An expert system for predicting rill erosion in Denmark. Proceedings of The 5 th International Phosphorus Workshop (IPW5), Silkeborg, Denmark. 3-7 September Faculty of Agricultural Sciences, University of Aarhus. DJF Plant Science 130. Edwards, C.A. & Lofty, J.R. 1982: The Effect of Direct Drilling and Minimal Cultivation on Earthworm Populations. Journal of Applied Ecology 19, Ehlers, W. 1975: Observations on earthworm channels and infiltration on tilled an untilled loess soil. Soil Science 119, Kommisionen for de Europæiske Fællesskaber, 2006: Forslag til Europarlamentets og Rådets direktiv om rammebestemmelser om beskyttelse af jordbunden og om ændringer af direktiv 2004/35/EF. Link: europa.eu/lexuriserv/site/da/com/2006/ com2006_0232da01.pdf Fawcett, R.S., Christensen, B.R. & Tierney, D.P. 1994: The impact of Conservation Tillage on Pesticide Runoff Into Surface Water A Review and Analysis. Journal of Soil & Water Conservation 49, Anonym 2006: Notat om aktuel plantebeskyttelse i dansk landbrug Pesticidplan og mulighederne for at nå planens mål. Dansk Landbrugsrådgivning. Landscentret og Danmarks JordbrugsForskning. 31 pp. Hansen, E.M. 2004a: Reduceret jordbearbejdning. I: Muligheder for forbedret kvælstofudnyttelse i marken og for reduktion af kvælstoftab (red.: Uffe Jørgensen). DJF rapport, markbrug nr. 103, Baker, J.L & Laflen, J.M. 1983: Effects of tillage system on runoff losses of pesticides, a rainfall simulation study. Journal of Soil & Water Conservation 38, Hansen, E.M. 2004b: Pløjetidspunkt. I: Muligheder for forbedret kvælstofudnyttelse i marken og for reduktion af kvælstoftab (red.: Uffe Jørgensen). DJF rapport, markbrug nr. 103, Chan, K.Y. 2001: An overview of some tillage impacts on earthworm population abundance and diversity implications for functioning in soils. Soil & Tillage Research 57, Chan, K.Y., & Heenan, D.P. 1993: Surface Hydraulic Properties of A Red Earth Under Continuous Cropping with Different Management-Practices. Australian Journal of Soil Research 31, Hansen, E.M., Munkholm, L., Olesen, J.E. & Melander, B. 2006: Hvilken jordbearbejdning sikrer den bedste kvælstofudnyttelse og den mindste kvælstofudvaskning? Sammendrag af indlæg. Plantekongres januar i Herning Kongrescenter,

6 Heimlich, R.E. & Claassen, R. 1998: Agricultural conservation policy at a crossroads. Agricultural & Resource Economics Review 27, Holland, J.M. 2004: The environmental consequences of adopting conservation tillage in Europe: reviewing the evidence. Agriculture, Ecosystems & Environment 103, Melander, B., Sørensen L.N., Hansen, E.M. & Olesen, J.E. 2007: Kan sædskifte løse planteværnsproblemer ved reduceret jordbearbejdning? Plantekongres 2007, p ISBN Munkholm, L. 2005: Pløjefri sandjord skal harves dybere end pløjefri lerjord. Agrologisk 2005(2), p Rasmusssen, K.J. 1988: Pløjning, direkte såning og reduceret jordbearbejdning til korn. Tidsskrift for Planteavl 92, Rasmussen, K.J. 1999: Impacts of ploughless soil tillage on yield and soil quality: a Scandinavian review. Soil & Tillage Research 53, 3-14 Schjønning, P. 1989: Long-term reduced cultivation. II: Soil pore characteristics as shown by gas diffusivities and per meabilities and air-filled porosities. Soil & Tillage Research 15, Schjønning, P. & Rasmussen, K.J. 1989: Longterm reduced cultivation. I: Soil strength and stability. Soil & Tillage Research 15, Schrader, S., Langmaack, M. & Helming, K. 1997: Impact of Collembola and enchytraeidae on soil surface roughness and properties. Biology & Fertility of Soils 25, Soileau, J.M., Touchton, J.T., Hajek, B.F. & Yoo, K.H. 1994: Sediment, Nitrogen and Phosphorus Runoff with Conventional-Tillage and Conservation-Tillage Cotton in A Small Watershed. Journal of Soil & Water Conservation 49, Tebrügge, F. & Düring, R.A. 1999: Reducing tillage intensity a review of results from a long-term study in Germany. Soil & Tillage Research 53,