Analyse af nitrat indhold i jordvand Øvelsesvejledning til studieretningsforløb Af Jacob Druedahl Bruun, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet Formålet med denne øvelse er at undersøge effekten af forskellige afgrøder og gødskningsniveau på nitratudvaskning fra et økologisk sædskifte. Til dette benyttes en spectrofotometrisk nitratanalyse af jordvandprøver fra perioden uge 35-45 i 2013. Vi vil fra morgenstunden udtage prøver (med assistance fra tekniker Arne Børsen) fra demonstrationssædskiftet samt blive forsynet med de vandprøver der er udtaget i ugerne 35-45. Baggrund og metoder Sugeceller For at kunne tage prøver af jordvæsken er der lagt et system af slanger og såkaldte sugeceller ud i marken under afgrødernes rodnet. Ved at sætte sugecellerne under vakuum, kan man trække vand ud af jorden. Alle slangerne ender i et tappeskab, hvorfra vandprøverne kan tappes. Vandprøverne indeholder den væske, som er sivet fra overfladen og ned gennem rodzonen. Når vandprøverne er tappet på flasker (se Figur 1), kan de analyseres for indholdet af forskellige næringsioner, i dette forsøg nitrat. I hver af sædskiftets 6 marker er der nedgravet 6 sugeceller, dvs. 36 sugeceller i hele sædskiftet. Figur 1. Opsamling af jordvand vha. sugeceller i det økologiske demonstrationssædskifte. Sædskiftet Sædskiftet har traditionelt været landmandens måde at undgå udpining af jorden på. Ikke alle afgrøder udnytter jordens indhold af næringsstoffer ens, og nogle afgrøder tilfører jorden mere organisk materiale 1
end andre. Ved at dyrke skiftende afgrøder, heriblandt bælgplanter, som er i stand til at fiksere kvælstof fra luften, kan jordens frugtbarhed opretholdes. Figur 2. Kvælstoffiksering i rodknolde. Kvælstof omdannes i bælgplanters rødder ved en symbiose med kvælstoffikserende bakterier. Til dette forsøg anvendes et demonstrationssædskifte. De seks marker ligger ved siden af hinanden, og dyrkes fortrinsvist økologisk. Figur 3. Demonstrationssædskiftet, hvor jordvandprøverne udtages. I sædskiftet flyttes afgrøderne én mark frem hvert år (Figur 4). I Tabel 1 ses placeringen af afgrøderne på marken i år 2013. I år 2013 er det vårbyg, der er hovedafgrøden på mark 1, i 2014 skal der være vårbyg på mark 2, osv. 1 2 N 3 4 5 6 Figur 4. en længst væk fra Agro Business Park kaldes mark 1, dernæst ligger mark 2 osv. Hver mark er opdelt i to mindre parceller, 1-1, 1-2 osv. 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2
Bemærk, at markens afgrøder skifter mellem hovedafgrøder og efterafgrøder, og der er derfor ikke den samme afgrøde på marken året rundt. Hvilke afgrøder, der er på markerne på et givent tidspunkt, afhænger af årstiden samt høst- og såtidspunkt. De marker, som har brug for gødning, får ikke handelsgødning ( kunstgødning ), men gylle. Mængden af gylle er tilpasset afgrødens behov og evne til kvælstoffiksering. Der gødes i to forskellige niveauer, og de kvælstoffikserende afgrøder gødes ikke. Tabel 1. Oversigt over fordeling af sædskiftets afgrøder i 2013. Parcel Hovedafgrøde Efterafgrøde Gødningsniveau (kg NH 4 -N/ha) 1-1 Vårbyg Lucerne (udlæg) 0 1-2 Vårbyg Lucerne (udlæg) 60 2-1 Lucerne 1 år Lucerne + hvidkløver + rajgræs 0 2-2 Lucerne 1 år Lucerne + hvidkløver + rajgræs 0 3-1 Lucerne 2 år Lucerne + hvidkløver + rajgræs 0 3-2 Lucerne 2 år Lucerne + hvidkløver + rajgræs 0 4-1 Vårhvede Rajgræs + cikorie + rød- og hvidkløver 50 4-2 Vårhvede Rajgræs + cikorie + rød- og hvidkløver 100 5-1 Ært/byg Rajgræs + cikorie + rød- og hvidkløver 0 5-2 Ært/byg Rajgræs + cikorie + rød- og hvidkløver 0 6-1 Kartofler Vinterrug + vintervikke + vinterraps 50 6-2 Kartofler Vinterrug + vintervikke + vinterraps 100 3
Mere om sædskiftets princip Ved at veksle mellem forskellige afgrøder i et sædskifte forsøger man at udnytte fordelene af de forskellige afgrøder over en årrække. Sædskiftet tilpasses jordbunds- og klimaforhold, ukrudtsbestand og skadedyrsstatus i den enkelte mark. For eksempel finder produktion af græs- og kløverfrø primært sted i den østlige del af Danmark, hvor der overvejende er lerjord og et forholdsvist tørt klima. I Vest- og Midtjylland, hvor jorden er mere sandet og klimaet mere fugtigt end i resten af Danmark, dyrkes der mere rug, græs og kartofler. På kvægbedrifter dyrkes der sædvanligvis en stor del grovfoder (f.eks. græs/kløvergræs eller majs), mens der på svinebedrifter ofte indgår forskellige salgsafgrøder (f.eks. raps, ærter eller kartofler) i et ellers korndomineret sædskifte. Næringsstof: Ved at veksle mellem kvælstofforbrugende og kvælstoffikserende afgrøder kan man mindske behovet for at tilføre kvælstofholdig gødning til afgrøderne. Generelt er kornarterne meget næringsstofkrævende afgrøder. Året før der dyrkes vårhvede, bliver der derfor dyrket kvælstoffikserende afgrøder (ærter). Skadedyr: Ved at skifte mellem forskellige afgrøder, som ikke er beslægtede, kan man mindske risikoen for sædskiftesygdomme, dvs. overførsel af f.eks. svampesygdomme fra en afgrøde til den næste. Ligeledes kan man undgå angreb af visse jordlevende skadedyr (f.eks. kartoffelål) som kan opformeres, hvis den samme afgrøde dyrkes på den samme mark flere år efter hinanden. Ukrudt: Der er forskellige metoder til ukrudtsbekæmpelse i et sædskifte. Over for rodukrudt (f.eks. tidsler og kvikgræs) fungerer et skifte med kløvergræs som en effektiv konkurrent. Samtidig vil jordens pulje af ukrudtsfrø reduceres ved gentagne slåninger af kløveren gennem sæsonen, dels fordi slåning forhindrer, at der produceres nye frø, og dels fordi en del af de eksisterende frø mister spireevnen. Ulempe: Ulempen ved et sædskifte er, at man er nødt til at skifte afgrøder, selvom det måske ikke er økonomisk fordelagtigt, dvs. at man måske bliver nødt til at dyrke en afgrøde, som giver mindre økonomisk udbytte. For eksempel fungerer kløvergræs på kvægløse økologiske landbrug ofte blot som en kvælstoffikserende afgrøde, der kan frigive kvælstof til de efterfølgende afgrøder. 4
Analyse Vandprøverne bringes til laboratoriet, hvor de klargøres til analyse på et spectrofotometer. Spectrofotometeret måler nitrat ved at måle vandprøvens absorbans af lys. Jf. Lambert-Beers lov, vil koncentrationen i væsken være proportional med væsken absorbans. På spectrofotometeret er installeret en autosampler der automatisk udtager prøve fra et 10 ml. rør indeholdende vandprøver. Inden vandprøverne analyseres laves en standardrække til beregning af en standardkurve. Standardrække Inden analyse af prøverne, skal der laves en standard række, til bestemmelse af standard kurven. Kurven anvendes til senere koncentrationsberegning. Standardrækken består at en række vandprøve med en kendt nitrat koncentration (normalt 0.25 10 mg NO 3 -N L -1 ). I vil på dagen blive forsynet med metoden til at lave standardrækken. Til fremstilling af standarder anvendes en stamopløsning (en kendt NO 3 -N koncentration), der fortyndes i henhold til de ønskede koncentrationer for standarderne. Den lineære sammenhæng mellem de kendte koncentrationer og deres absorbans udgør standardkurven. Standardkurven bruges til beregning af NO 3 -N koncentrationer ud fra den målte absorbans ved brug af specialiseret software. Figur 5. Autoanalyzer, som løbende suger vand fra vandprøver og injicere det i et spektrofotometer. Fremgangsmåde for hver vandprøve Imens standardrækken analyseres af spektrofotometeret, klargøres de resterende prøver. Under klargøring af vandprøverne vurderes NO 3 koncentrationsniveauet vha. nitratstrips. Hvis nitratkoncentrationen målt vha. nitratstrip overstiger den højeste standard (10 mg NO 3 -N L -1, aflæses på nitratstrip) skal prøven 5
fortyndes. Prøven fortyndes således, at den forventede koncentration er lavere end den højeste standard (mest anvendte fortyndings faktorer er: 2,5, 10 gange fortynding). 1. Nitratniveauet undersøges i hver vandprøve vha. nitrat strips. Strippen placeres i vandprøver i et minut, hvorefter koncentrationen aflæses. Hvis koncentrationen er over 10 mg NO 3 -N -1 fortyndes prøven til under dette niveau. 2. Til fortynding bruges demineraliseret vand (DIM vand). Fortyndingsfaktoren noteres i regneark (udleveret af øvelsesvejleder) for hver prøve (vigtigt). Der kan fortyndes direkte i 10 ml. rør (det rør hvorfra autosampleren udtager prøve). 3. Prøver sættes på autosampleren og denne indstilles af laboranten til at analysere. Vandprøver sættes løbende på autosampleren mens nye vandprøver klargøres. 4. Resultater skrives ind i regneark udleveret af forsøgsvejleder. Omregning til nitrat Resultaterne fra ovenstående analyse er i enheden NO 3 -N L -1. Denne enhed er et udtryk for koncentrationen af N i væsken. For at omregne til NO 3 bruges molvægten af N (14,0067 g mol -1 ) og O (15,9994 g mol -1 ) til at udregne den faktor der adskiller NO 3 -N fra NO 3. Efter omregning vil data blive plottet som tidsserier for de enkelte markparceller og mellem markparceller. 6