Hvad betyder jordtypen og dyrkningshistorien for kvælstofbehovet? Landskonsulent Leif Knudsen, konsulent Niels Petersen og konsulent Hans S. Østergaard, Landskontoret for Planteavl, Landbrugets Rådgivningscenter Sammendrag En statistisk analyse af vinterhvedeforsøg med stigende mængder kvælstof har vist, at dyrkningshistorien (sædskifte og husdyrgødningstilførsel) 50 år tilbage i tiden har betydning ved beregning af kvælstofbehovet. Indledning Landsforsøgene med stigende mængder kvælstof til forskellige afgrøder er den primære baggrund for at fastsætte afgrødernes kvælstofbehov. Men den meget store variation i optimal kvælstofmængde mellem forsøgene betyder, at det er nødvendigt at inddrage nogle generelle sammenhænge omkring kvælstofomsætning, når modeller til fastsættelse af kvælstofbehov skal udvikles. Den nuværende model til fastsættelse af kvælstofbehov på markniveau er således også baseret på målinger af variationer af indholdet af mineralsk kvælstof om foråret på forskellige jordtyper i KVADRATNETTET og en generel viden om eftervirkning af organisk stof. Det meget store forsøgsantal med stigende mængder kvælstof til vinterhvede giver imidlertid mulighed for en statistisk behandling af forsøgsresultaterne for at vise hvilke parametre, der kan indgå i behovsfastsættelsen. I det følgende vil en analyse af forsøg med stigende mængder kvælstof til vinterhvede 1993-2001 blive præsenteret. Databehandlingen er foretaget uafhængigt af den beregningsmetode, der anvendes ved indstilling af kvælstofnormer. Datagrundlag Forsøgsdata er udtrukket fra Database for Markforsøg. Betingelsen for, at forsøg indgår i datamaterialet er: Mindst 4 forskellige kvælstofniveauer. Forsøget er gennemført i perioden 1993-2001, dog undtaget 1996. Komplette dataregistreringer mht. jordtype, forfrugt, 5 års dyrkningshistorie. Forsøget er gennemført på mineraljord (mindre end 10 pct. humus). Tabel 1. Oversigt over datagrundlag Jordtype Antal forsøg Udb. 0 N Merudb. ved optimum, Optimal N- mængde, Udb. ved optimum, Pct. ler Pct. humus JB 1-9 336 41,0 39,0 166 80,0 13 3,0 I alle modeller anvendes følgende opdelinger og betegnelser: 75
Forfrugt: Opdeling i 10 forfrugter (0 korn efter korn, 1 korn efter vekselafgrøder, 2 vårraps/ærter, 3 vinterraps, 4 frøgræs, 5 kløvergræs, 6 rodfrugt, 7 brak, 8 andet, 9 korn med kløvergræs indenfor 2-4 år). Forfrugt er i modellen angivet som klassevariabel. Eftervirkning: Opdeling i 1: uden husdyrgødning til forfrugten 1-5 år før forsøget og 2: med husdyrgødning i 1-5 år før forsøget. Eftervirkning er håndteret som klassevariabel. ns, *, **, *** angiver signifikansniveauet for en parameter (hhv. ikke signifikant, 95 pct., 99 pct. og 99,9 pct. signifikansniveau). Test af forskellige modeller til fastsættelse af kvælstofbehov Som baggrund for indstilling af normer for afgrødernes kvælstofbehov bruges som udgangspunkt en model, hvor den optimale kvælstofmængde fastsættes som en funktion af: forfrugt, jordtype, forventet udbytte og eftervirkning af husdyrgødning. Et kritikpunkt mod en model, der omfatter forventet udbytte er, at man ikke kender det udbyttet på forhånd. I dataanalysen anvendes det faktisk opnåede udbytte ved optimum i modellen. Begrundelsen for denne fremgangsmåde er en formodning om, at landmand/konsulent kan give et rimeligt estimat for det forventede udbytte. Når det så er besluttet at lade parametren indgå i modellen, er det mest korrekte at lade det reelt opnåede udbytte indgå. Herved elimineres det i modeltesten, hvor god man er til at gætte udbyttet. I perioden 1999 til 2001 har konsulenterne indberettet det forventede udbytte i forbindelse med anlæg af forsøget. Der er en signifikant sammenhæng mellem det forventede udbytte og det opnåede udbytte, men korrelationen er forholdsvis dårlig. Det betyder, at når opnået udbytte indgår i en model til beskrivelse af optimal kvælstofmængde, får man en bedre korrelation end i praksis, fordi der er en betydelig usikkerhed ved at estimere udbyttet. For at undersøge, om forventet udbytte kan erstattes med kendskabet til lerindhold og humusindhold er følgende model testet ved lineær regression: Model 1: Optimal N*** = Forfrugt*** + Eftervirkning* + Humus** + Ler ** (R 2 =0,23) Vekselvirkningsleddet Ler x Eftervirkning er udeladt, selvom det faktisk viste sig at være signifikant. Modellen er signifikant på 99,9 pct. niveau, men modellen forklarer kun 23 pct. af variationen i optimal kvælstofmængde. Et eksempel på anvendelse af modellen ved forskellige ler- og humusindhold er vist i tabel 2. Tabel 2. Brug af model 1 til fastsættelse af kvælstofbehov ved forskellige ler- og humusindhold Parameterestimat Eks: Vinterhvede efter korn, uden eftervirkning Ler 1,09 4 pct. 4 pct. 20 pct. 20 pct. Humus -6,90 2 pct. 4 pct. 2 pct. 4 pct. Optimal N, 159 146 177 163 Parameterestimaterne for ler og humus betyder, at kvælstofbehovet vil stige godt 1 kg for hver pct. ler og tilsvarende falde knap 7 kg for hver procent humus. 76
Denne model er sammenlignet med en model, hvor Ler er erstattet med Opn. udb. (=udbyttet ved den optimale kvælstofmængde). Derudover inddrages vekselvirkningsleddet Humus x Opn.udb., fordi såvel dette led og Humus er signifikant, mens Humus ikke er signifikant, hvis vekselvirkningsleddet udelades. Modellen er således: Model 2: Optimal N*** = Forfrugt*** + Eftervirkning* + Opn.udb.*** + Humus*** + Humus x Opn.udb.** (R 2 =0,32) Modellen er igen signifikant på 99,9 pct. niveau, og den forklarer 32 pct. af variationen. Inddragelse af parametren Opn.udb. har forbedret modellens forklaringsgrad, men tages der højde for usikkerheden i sammenhængen mellem forventet udbytte og det opnåede udbytte (som anvendes i modelestimatet), vil forklaringsgraden formentlig reduceres til samme niveau som ved anvendelse af lerprocenten i modellen i stedet for forventet udbytte. I tabel 3 er vist eksempler på beregninger af behov efter model 2. Hver gang udbyttet stiger 1 hkg pr. ha stiger behovet ca. 1 kg kvælstof pr. ha ved en humusprocent på 3,0. Tabel 3. Eksempel på anvendelse af model (2) Parameter Estimat Eks. vinterhvede efter korn Forv.udb., 1,77 100 100 60 60 Humus, Pct. 18,96 2 4 2 4 Forv.udb. x humus -0,279 Optimal N, 202 184 153 157 Modelparametrene betyder, at den optimale kvælstofmængde reduceres med stigende humusindhold ved høje udbytteniveauer, men forøges ved lave udbytteniveauer. Der kan ikke gives nogen umiddelbar biologisk forklaring på dette forhold. Dyrkningshistorie 5-50 år før forsøg Af DJF s forskning i omsætning af organisk stof fremgår det, at kvælstoffrigørelsen af nedmuldet organisk materiale (husdyrgødning eller afgrøderester) sker over en meget lang tidshorisont. Derfor må man forvente, at det er den akkumulerede tilførsel af organisk stof de sidste 30-50 år, der er afgørende for kvælstofbehovet og ikke blot dyrkningshistorien de sidste 5 år. På baggrund af denne erkendelse har landskontoret derfor i forbindelse med hvert enkelt forsøg med stigende mængder kvælstof siden 1998 indsamlet oplysninger om dyrkningshistorien for indtil 50 år før forsøgsåret. Oplysningerne om dyrkningshistorie for mere end 5 år siden er meget overordnede oplysninger om sædskifte (3 kategorier: 1: korn, 2: vekselafgrøder i sædskifte, 3: kl.græs i sædskifte) og udbragt husdyrgødning (3 niveauer af dyreenheder pr. ha). I mange af forsøgene er registreringerne ikke komplette. Der er gennemført en statistisk analyse af, hvorvidt disse oplysninger kan bidrage til at forklare variationen i kvælstofbehovene. Af de i alt 336 forsøg, der indgår i ovenstående analyser, er der i alt 166 forsøg i perioden 1998-2001, hvor dyrkningshistorien tilbage er registreret, og følgende modeller sammenlignet på disse forsøg: 77
Model 3: Optimal N*** = Forfrugt*** + Eftervirkning ns. + Opn.udb.*** + Humus ns. (R 2 =0,37) Model 4: Optimal N*** = Forfrugt*** + Eftervirkning ns. + Opn.udb.*** + Humus ns. + Sædskifte (5-50 år)* + Husdyrgødning (5-50 år)*, (R 2 =0,42) Når forsøgsantallet reduceret fra de 336 forsøg til 166 forsøg opnås der ikke længere i udgangsmodellen (3) signifikant effekt af Eftervirkning og effekten af Humus er heller ikke signifikant. Ved at inddrage Sædskifte (5-50 år) og Husdyrgødning (5-50 år) i model 4 øges forklaringsgraden fra 0,37 til 0,42, og der er signifikant effekt af såvel Sædskifte (5-50 år) og Husdyrgødning (5-50 år). I analysen er såvel Sædskifte(5-50 år) og Husdyrgødning (5-50 år) udtrykt som covariable, hvor værdierne for Sædskifte (5-50 år) varierer fra 3 (= rent korn i 50 år) til 9 (= kløvergræs i sædskiftet i 50 år), og husdyrgødning fra 3 (=ingen husdyrgødning i 50 år) til 9 (=husdyrgødning fra mere end 1,5 DE/ha i 50 år). Værdierne for parametrene i modellen ses i tabel 4. Tabel 4. Estimerede parametre for forfrugtsværdi til vinterhvede ved et udbytte på 75 hkg pr. ha. Udbyttekorrektionen er beregnet til 1,0 kg N/hkg. Forfrugt Optimal N-mængde, Forfrugt Optimal N-mængde, Korn, korn 203 Kløvergræs 130 Korn, vekselafg. 209 Rodfrugter 197 Vårraps/ært 174 Brak 185 Vinterraps 168 Korn, kløvergræs 112 Frøgræs 193 I tabel 5 er beregnet behovet for kvælstof for vinterhvede i forskellige sædskifter. I tabellen er ikke vist effekten af humus og husdyrgødningstilførsel de sidste 5 år forud for forsøget. Disse parametre betyder reelt ikke noget for bestemmelsen af kvælstofbehov, og de er heller ikke signifikante i modellen. Tabel 5. Eksempler på beregnede kvælstofbehov med model (4) Forfrugt Forventet udbytte, Husdyrgødning, Sædskifte 5-50 år 5-50 år siden siden Kvælstofbehov, Korn 80 Ingen Korn 214 Korn 80 Ingen Vekselafgr. 203 Korn 80 Ingen Kløvergræs 193 Korn 80 Middel Vekselafgr. 190 Korn 80 Intensivt Vekselafgr. 177 Korn 80 Intensivt Kløvergræs 167 Vinterraps 80 Middel Vekselafgr. 149 Markært 80 Middel Vekselafgr. 156 Kløvergræs 80 Intensivt Kløvergræs 88 78
Konklusion En statistisk analyse af vinterhvedeforsøg med stigende mængder kvælstof har vist, at anvendelse af lerprocenten i model til beregning af optimal kvælstofmængde ikke kan erstatte et kendskab til det opnåede udbytte. Idet man selvfølgelig ikke kender det opnåede udbytte på planlægningstidspunktet vil anvendelse af lerprocenten formodentlig give samme forklaringsgrad af modellen som ved anvendelse af det forventede udbytte. Effekten af humusprocenten på den optimale kvælstofmængde er ikke entydig. I modellen, hvor ler erstatter opnået merudbytte, er effekten af humus signifikant, og hver procent humus reducerer den optimale kvælstofmængde med ca. 7 kg kvælstof pr. ha. Ved anvendelse af det opnåede udbytte i modellen, er humus kun signifikant, hvis der inddrages vekselvirkningsled. En analyse af dyrkningshistorien 5-50 år før forsøget viser signifikant effekt af sædskifte og tilførsel af husdyrgødning. Kendskab til arealets dyrkningshistorie langt tilbage i tiden giver derfor en mere præcis behovsfastsættelse. Ved estimering af kvælstofbehovet til en vinterhvedemark med forfrugt korn kan kvælstofbehovet variere med ca. 50 kg pr. ha fra et areal med rent korn uden tilførsel af husdyrgødning i 50 år til et areal med kløvergræs i sædskiftet i alle år og tilførsel af husdyrgødning i alle år. På baggrund af resultater fra DJF af eftervirkning af organisk stof og ovennævnte dataanalyser er kvælstofmodellen i gødningsplanprogrammet BEDRIFTSLØSNING ændret på en måde, så en lille del af det organiske materiale nedbrydes hurtigt, og giver eftervirkning 1. år, mens resten omsættes over en meget lang periode. I tabel 6 er vist en sammenligning af kvælstofbehov beregnet efter BEDRIFTSLØSNINGs nye puljeangivelser og behov fundet ved den empiriske model udviklet ud fra forsøg (model 4, tabel 5). Generelt er der en god overensstemmelse, men netop forsøgsdata har også været et vigtigt grundlag at parametrisere BEDRIFTSLØSNING på. Tabel 6. Sammenligning af behov beregnet med BEDRIFTSLØSNINGs nye puljefastsættelse og behov beregnet ved model 4 (se tabel 5) Forfrugt Forventet Husdyrgødning, udbytte, 5-50 år siden Sædskifte 5-50 år siden Kvælstofbehov ifølge BEDRIFTSLØSNING, Kvælstofbehov ifølge Model 4, Korn 80 Ingen Korn 215 214 Korn 80 Ingen Vekselafgr. 200 203 Korn 80 Middel Vekselafgr. 185 190 Korn 80 Intensivt Kløvergræs 159 167 79