Rapport: Kalkning i CA Af Anne Kirstine Heilskov Rasmussen og Hans Henrik Pedersen, FRDK Vi har i projekt 7893: Succes med CA, lavet en litteraturundersøgelse og kigget på erfaringer for effekterne af kalkning på direkte sået jord og fokuseret på effekterne på mikroorganismer og klima. Studiet skal blive til en artikel til LandbrugsInfo i 2022. Indhold 1. Hvad er specielt gældende ved direkte såning ift. ph og kalkning?... 1 2. Hvilken påvirkning har ph og kalkning på mikroorganismer i CA?... 3 3. Hvilken klimapåvirkning har ph og kalkning i CA?... 4 Øgning af ph... 2 Bibliografi... 5 1. Hvad er specielt gældende ved direkte såning ift. ph og kalkning? En global litteraturundersøgelse baseret på 114 publikationer viser, at der generelt sker et signifikant fald på -1,33 ±0,28% i ph under NT sammenlignet med CT (p < 0,05). De relative ændringer i jordens ph var signifikant lavere, jo dybere der blev målt, så dvs. der altså sker den største ændring i ph en i topjorden. I dybden 0-10 og 10-20 cm var der hhv. et fald i jordens ph s relative ændringer på hhv. 2,03% og 1,23% (p <,05). Ændringerne i mere end 20 cm var ikke signifikante (Zhao & al, 2021). En anden global metaanalyse viste, at NT sænkede jordens ph med 1,8%, hvoraf den største reduktion fandt sted på siltet jord (5,6%) eller ved NT på 6-12 år (5,0%) (Li, et al., 2020). Årsager Der er flere årsager til, at der sker en forsuring af jorden generelt. Hovedårsagerne er sandsynligvis brug af ammoniumgødning, deposition af atmosfærisk N, syreregn (Raza, 2020) og nedbrydning af organisk materiale (Li, et al., 2019). Vandmætning fører også til øget forsuring, fordi H+ ioner erstatter basekationer, der udvaskes. Et miljø hvor nedbør om vinteren og foråret overstiger evapotranspirationen vil derfor fremme forsuring (Blevins, 1984). Kalkning Kalkning er først og fremmest til for at holde reaktionstallet oppe på 6,5, hvilket er her de fleste planters essentielle næringsstoffer er mest tilgængelige i jorden. Derudover forbedrer det også jordens struktur, porøsitet, poresystem, forholdene for regnorme og udfælder tungmetaller, så de ikke forgifter. Selvom svampe som gruppe reduceres af kalkning, skulle populationen af mykorrhizasvampe også øges ved kalkning. I det traditionelle landbrug kalker man ved at pløje kalk ned i jorden og dermed få en ensartet ph i hele rodzonen. Ved direkte såning laves der ikke jordbearbejdning, og kalkning er for det meste overfladisk.
Det er udfordrende at kalke på pløjefri jord, da man ikke kan få kalk, der er spredt ud på overfladen, fordelt ned i jorden, som når man pløjer. Hvor langt ned gennem jorden, overfladisk kalkning fordeler sig, afhænger af, hvor meget regn der kommer, og hvordan jordteksturen er. Som følge deraf kommer der en gradient lodret ned gennem jorden, hvor der er højest koncentration i toppen (Fuentes, et al., 2006). Det er forskelligt hvad holdningen er til, om det er nødvendigt, at hjælpe kalken længere ned i jorden eller ej. Hvis underjorden ikke er meget sur og eftersom det kun er topjorden der forsures, mener (Lal, 1981) at en overfladisk kalkpåføring bør være tilstrækkelig (Lal, 1981). Men man ved også, at planterne skal bruge mere energi på at opretholde deres cellers homeostasis, hvis ph og Eh ikke er optimal. (Husson, 2012) Ekeberg 1997 har vist, at topjorden bliver mere sur, jo mindre der jordbearbejdes (der var en øgning af surheden op til 0,3 ph enheder). Tidligere forsøg viser det samme (Ekeberg 1992) Ifølge Poss et al. 1995 skyldes det, at akkumulationen af organiske anioner har en forsurende effekt, mens oxideringen heraf har en basisk effekt. Forsøget viste også, at jo mindre jordbearbejdning der var, jo mere organisk materiale var der. I alle behandlinger uden pløjning var der større reserver af extractable magnesium og kalk, hvilket kunne tyde på en højere CEC og lower base saturation. I dette forsøg var der højere udbytte ved pløjefri dyrkning (undtagen fodderroer). Den sure jord fremmede sygdommen (clubroot). I forsøget blev de pløjefri behandlinger også kalket og udbyttet blev målt. For foderradise og kål var der en øgning i udbyttet. Det modsatte skete for swedes og foderroer (Ekeberg & Riley, 1997). Tabel: Ekeberg 1997 ---------------------------- I blevins så man, at for hver tilførsel af kalk, steg ph i dybden 0-5 cm og ved den højeste tilførsel af kalk steg ph i laget 0-30 cm. Andre studier har fundet ud af, at ph steg mest i laget 0-5 cm ved en moderat overladisk tilførsel af kalk end ved sammenblanding i pløjelaget (Johnson & Hoyt, 1999). Øgning af ph Andre materialer Andre materialer med Ca forbindelser kan også bruges. Fx opløses gips bedre end kalk, og derfor kan det bedre bevæge sig gennem jorden (Caires E, et al., 2011). Organisk materiale Organisk materiale har også en positiv effekt på at forbedre forsuringen af underjorden i udvaskningssøjlerne. Hypotesen er at det organiske materiale skulle assistere Ca i bevægelsen ned i dybere jordlag. Ca reagerer til gengæld med Al i underjorden og reducerer dermed Al toxicitet. (Dang, et al., 2020).
I stil med dette, har undersøgelser i Brasilien vist, at kalk godt kan bevæge sig ned i dybere jordlag, specielt hvis det påføres ifm. grøntgødnings efterafgrøder. Påføres det således, er det bedre at kalke lidt men ofte, i stedet for det modsatte. (Miyazawa, et al., 2002) der arbejder med en typisk Haplorthox jord (amerikansk jordtaksonomi. phcacl=4,9) fandt ud af at effekten af kalkning uden planterester kun påvirker de øverste 10 cm i jordprofilen, mens kalkning i en jord med planterester ændrer ph, Ca ex, Mg ex og Al ex i jordprofilen. Effektiviteten af planteresterne fulgte rækkefølgen: black oats (Avena strigosa Schreb) > rye (Secale cereale L.) > mucuna (Mucuna pruriens) > leucaena (Leucaena leucocephala L. de Wit). Hvede havde ingen effekt. Direkte placering af kalk gennem rør Kalk kan også placeres direkte i jorden gennem et rør bagved rivetænder. Metoden er dyr og har foreløbigt vist forskellige resultater. Dog nogle positive på forsuret sandjord. Selvom metoden sandsynligvis er effektiv har de højere omkostninger medført at den ikke er blevet kommercialiseret (Li & Burns, 2016). Strategisk brug af jordbearbejdning Kalkning via nedvaskning eller mekanisk placering er kompliceret. Derfor har man også spekuleret i periodevist at bruge jordbearbejdning for at blande kalken i jorden, så den fordeles vertikalt. (Dang, et al., 2020) 2. Hvilken påvirkning har ph og kalkning på mikroorganismer i CA? Direkte såede marker har ofte et større indhold af svampe end pløjede marker, der ofte indeholder flere bakterier (Holland & Coleman, 1987; Pankhurst, et al., 1995). Direkte såning er først og fremmest bedre for AM-svampe ved at man ikke pløjer jorden og dermed ødelægger det store netværk af svampehyfer og adskilles fra værtsplanten Desuden spekuleres det også i, om svampehyfer har gavn af gamle rodkanaler, der bevares på pløjefri marker (Kabir, 2005). Sandsynligvis skyldes det også, at svampe har en større tolerance for miljøer, der er tørre, sure og har færre næringsstoffer. Desuden kan de bedre udnytte kvælstofreserver og overfladiske rester af kulstof. At der er en større aktivitet af svampe på direkte såede marker, gør også så nedbrydningen foregår langsommere (Johnson & Hoyt, 1999). Mange patogene svampe trives bedre under en lidt lav ph (Payne, et al., 1994). læst i Husson Kalk kan påvirke jorden både positivt og negativt. Fx har kalk vist sig at have en positiv effekt på overlevelsen, noduleringen og N2-fikseringen af Rhizobium sp. (Coventry, 1987). Omvendt er der også påvist en positiv korrelation mellem sygdommen, der på engelsk kendes som take-all på hvede og stigende kalkning (Bell., Stirling., & Pankhurst, 2007). Resultater fra en pløjet mark har vist, at kalkning øger forekomsten af AM-svampe. Kalkning medførte også, at rødderne kunne vokse hurtigere og længere, gældende for jord, hvor der også blev tilført P. Der var også mindre penetrationsmodstand i jorden, når der blev kalket på to øvre jordlag. De to øvre jordlag havde også en moderat øgning af SOC når der blev kalket (Christensen, et al., 2020).
3. Hvilken klimapåvirkning har ph og kalkning i CA? - Ved hvilken gradient påvirker det N2O og C akkumulering? Lattergas ph har også en effekt på lattergasemissioner. Man har observeret, at jorde med lavere ph udleder mere lattergas end jorde med højere ph, selvom der er samme N-input. Jorde med et højt indhold af salte har lignende effekt (Dang, et al., 2020). Flere studier viser, at der udledes mere N2O fra pløjefri marker som følge af jordkompaktion, reduceret porøsitet og denitrifikation (Linn & Doran, 1984; Rochette, et al., 2008) Et skotsk forsøg har dog vist, at der ikke udledes mere N2O fra pløjefri marker, hvis jordforholdene er gode (Vinten et al 2002). I nogle tilfælde mener man, at direkte såning ligefrem kan øge udledningen af drivhusgasser. Dette gæler, hvis udledningen af N2O er så høj, at det overstiger det man kan spare ved mindre kørsel og C-oplagring. Eksempelvis er N2O-udledningen større på jord med fin tekstur og dårlig dræning (Dang, et al., 2020). Forsøg i tempererede skovsystemer viser, at man drastisk kan reducere N2O emissioner ved at kalke. (Brumme & Beese, 1992) reducerede N2O emissionen fra 5,6 til 1,5 kg N/ha/år. Dog øgedes CO2 udledningen fra 3,2 til 4,2 T C/ha/år. Kalkning kan blandt andre tiltag mindske N2O udledning og kan øge reduktionen til N2 (Thomson, et al., 2012). (Bakken L, et al., 2012) mener en øgning af ph er bedste mulighed. Ifølge et finsk studie påvirker kalkning (og dermed højere ph) ikke tab af C fra kultiveret tørvejord, i hvert fald ikke på kort sigt, men det kan resultere i øgede lattergasemissioner (Biasi, et al., 2008). Kulstof Parfitt et al 2014 har linket ændringer i SOC til jordens ph og Phosfor. Han fandt ud af at de steder han havde undersøgt der havde en lavere ph også havde en signifikant øgning af C. Modsat havde steder med en øget ph ikke en signifikant stigning af C, hvilket muligvis skyldtes, at en høj ph (grundet kalkning) og en øget P-fertilitet, hvilket tyder på et mere intensivt dyrket landbrug, dermed reducerer SOC. Alternativt kunne der være en forbedret relokering af opløst organisk carbon til større dybder i jord med en lavere ph (Minasny, 2017) Et kalkningsforsøg på en gammel direkte sået mark viste, at kalkning medførte en større respiration, C mineraliseringspotentiale. Der var en hurtig udledning af CO2-C som sandsyligvis var forårsaget af den biologiske respiration der kom af forbedrede forhold for mikrobbiel vækst. Det stemmer overens med at kalkning medførte en øgning af mikrobiel biomasse, der blev svagt langsommere over tid (Fuentes, et al., 2006). Svampes klimapåvirkning (Holland & Coleman, 1987) mener, at der sker en øgning i ratioen mellem aktiviteten af svampe og bakterier ved direkte såning. SOM tab må altså blive reduceret i NT som et resultat af forøgningen i ratioen mellem svampe til bakterie aktivitet pga. den større væksteffektivitet af svampe og akkumulationen af C i den mindre nedbrydelige svampemasse (Holland & Coleman, 1987).
Det kan også være muligt, at svampe har en påvirkning på lattergasemmission. (Prendergast-Miller, et al., 2011) har fundet ud af, at svampe i et skov-økosystem har evnen til at udlede lattergas og (Hinsinger, et al., 2003) har fundet ud af, at ectomycorrhiza kan forsure jorden. Det lader altså til, at kalkning og dermed en øgning af ph en fremmer svampevækst. Det kan både medføre, at der lagres mere carbon i jorden men man kan risikere det øger N2O udledning. Bibliografi Blevins, R. M. S. a. G. T., 1984. Changes in soil properties under no-tillage. pp. 190-230. Brumme, R. & Beese, F., 1992. Effects of liming and nitrogen fertilization on emissions of CO2 and N2O from a temperate forest. Journal og geophysical research. Caires E, F., Garbuio F, J., S, C. & Joris H, A. W., 2011. Use of Gypsum for Crop Grain Production under a Subtropical No-Till Cropping System. Agron J 103:1804 1814. Dang, Y. P., Dalal., R. C. & Menzies, N. W., 2020. In: No-till Farming Systems for Sustainable agriculture. s.l.:s.n., p. 5.4. Derpsch, R., 2008. Critical Steps To No-Till Adoption. Hendrix, P. F., Han, C. & Groffman, P. M., 1988. Soil respiration in conventional and notillage. Soil Tillage Res. 12:135. Hinsinger, P., Plassard, C., Tang, C. & Jaillard, B., 2003. Origins of root-mediated ph changes in the rhizosphere and their responses to environmental constraints: A review. Plant and Soil. Holland, E. A. & Coleman, D. C., 1987. Litter placement effects on microbial and organic matter dynamics in an agroecosystem. Ecology 68:425 433.. Johnson, A. M. & Hoyt, G. D., 1999. Changes to the soil environment under Conservation Tillage. Kabir, Z., 2005. Tillage or no-tillage: Impact on mycorrhizae. Canadian Journal of Plant Science. Lal, R., 1981. No tillage farming in the tropics. No-tillage research: Research reports and reviews, p. p. 103 151. Li, Y., Li, Z., Cui, S. & Zhang, Q., 2020. Trade-off between soil ph, bulk density and other soil physical properties. Geoderma.
Li, Y. et al., 2019. Residue retention and minimum tillage improve physical environment of the soil in croplands: A global meta-analysis. Soil and tillage research, 194. Pankhurst, C. E. et al., 1995. Evaluation of soil biological properties as potential bioindicators of soil health. Australian Journal of Experimental Agriculture 35(7) 1015-1028. Payne, P. A., Asher, M. J. C. & Kershaw, C. D., 1994. The incidence of Pythium spp. and Aphanomyces cochlioides associated with the sugar-beet growing soils of Britain. Plant Pathology 43:300 308. Prendergast-Miller, M. T., Baggs, E. M. & Johnson, D., 2011. Nitrous oxide production by the ectomycorrhizal fungi Paxillus involutus and Tylospora fibrillosa. Microbiology letters. Raza, S. M. N. W. P. J. X. C. Z. Z. J. &. K. Y., 2020. Dramatic loss of inorganic carbon by nitrogen-induced soil acidification in Chinese croplands. Global Change Biology, 26(6),, p. 3738 3751. Zhao, X. & al, e., 2021. Responses of soil ph to no-till and the factors affecting it: a global meta-analysis.