Tab af kvælstof (N) fra landbruget har store konsekvenser for blandt andet akvatiske økosystemer, biodiversitet og klimaforandringer. I årtier har der været et stærkt fokus på at reducere mængden af det kvælstof, der bliver tilføjet i landbrugssystemer for at begrænse et eventuelt kvælstoftab. På samme tid står vi overfor udfordringer med en stadigt voksende befolkning på verdensplan, og fødevareknaphed er et voksende globalt problem.

”Fødevareproduktion er afhængig af tilførslen af ??mineralsk gødning, men vi er nødt til at finde andre måder at øge fødevareproduktion og jordens frugtbarhed på, som på samme tid kan reducere for industrielle kvælstof-input. Et skridt i den retning kan være at benytte efterafgrøder. De er allerede et kendt og benyttet redskab til at fastholde kvælstof i systemet takket være deres evne til at reducere nitratudvaskning,” siger post doc Chiara De Notaris fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet.

I en nyligt offentliggjort artikel undersøger hun og kolleger fra Institut for Agroøkologi, hvordan efterafgrødeblandinger med bælgplanter selv kan regulere deres biologiske N₂-fiksering, så den er optimal, og om det dermed også er med til at reducere nitratudvaskning. Biologisk N₂-fiksering er en proces, hvor molekylært nitrogen (N₂) fra luften omdannes til ammoniak (NH₃) eller andre N-baserede forbindelser, der kan bruges af planter.

Længerevarende økologisk eksperiment

”Vi ved allerede, at når bælgplanter tilføjes til efterafgrødeblandingen bliver tilførslen af kvælstof øget takket være den biologiske N₂-fiksering, og at det yderligere reducerer behovet for industriel N-gødning. Alligevel er bælgplanternes evne til at reducere tab af kvælstof stadig diskuteret, og nogle hævder, at bælgplanter er med til at øge N-overskuddet, og at de derfor ikke kan bruges, når hovedformålet med efterafgrøden er at reducere N-tab. Formålet med vores undersøgelse var derfor at undersøge, hvordan væksten af ??bælgplantebaserede efterafgrøder påvirkes i forskellige afgrøde- og gødningssystemer. Det har vi testet i et langvarigt økologisk afgrødeeksperiment. Vi ønskede at undersøge, hvordan det påvirker den biologiske N₂-fiksering og lige så vigtigt nitratudvaskningen,” siger videnskabelig assistent Esben Øster Mortensen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet. Han har arbejdet på projektet under sin uddannelse i Agro-Environmental Management.

Forskningen er baseret på data indsamlet fra 2015-2017 i et langvarigt markforsøg, der inkluderer to økologiske afgrødesystemer med fire årscyklusser:

• Et med et års grøngødning i afgrødesekvensen (OGM)
• Et med et års bælgplanter i afgrødesekvensen (OGL)

I forsøget brugte forskerne en bælgplantebaseret efterafgrødeblanding bestående af flerårig rajgræs, cikorie, hvidkløver og rødkløver.

Forskerne undersøgte også effekten af ??gødning (+ M) og ingen gødning (-M) med fokus på at finde ud af, om efterafgrødernes vækst bliver påvirket af hovedafgrøden, brugen af ??husdyrgødning eller placeringen i rotationsrækkefølge.

Hypotesen var korrekt

”Vores hypotese var, at rotationssystemet med den størst tilførsel af kvælstof (OGM + M) ville resultere i den laveste procentdel af biologisk N₂-fiksering, mens systemet med det laveste N-input (OGL-M) ville resultere i den højeste fiksering, og det viste sig at være temmelig tæt på, hvad der faktisk skete. Vi antog også, at udvaskning af nitrat ville være uafhængig af bælgplantebiomasse, til  trods for den eller udbredte holdning om, at efterafgrødeblandinger med bælgplanter giver en højere udvaskning. Vores hypotese var altså, at udvaskning af nitrat vil blive reduceret af veletablerede efterafgrøder,” siger Chiara De Notaris.

I løbet af de tre efter hinanden følgende vækstsæsoner fandt forskerne, at blandinger uden bælgplanter har en stor fordel i mere frugtbare systemer, men mistrives når kvælstoftilgængeligheden i ??jorden er lav. I sidstnævnte tilfælde vil f.eks. kløver trives, og kløverbiomassen akkumuleres. Resultaterne fra forsøget viste, at den højere kløverbiomasse resulterer i en højere og mere stabil biologisk N₂-fiksering. Med andre ord; når der kun er lidt kvælstof tilgængeligt i jorden, så regulerer efterafgrøderne sig selv på en sådan måde, at de kan fiksere mere N₂ fra luften.

”Vi fandt ud af, at den biologiske N₂-fiksering var stabil og omkring et gennemsnit på 91% af N-optagelsen i bælgfrugterne, når kløverplanternes overjordiske biomasse oversteg ca. 0,4 ton pr. hektar, mens en kløverbiomasse under denne tærskel resulterede i en variabel biologisk N₂-fiksering med et gennemsnit på 73%,” forklarer Chiara De Notaris. 

Kan selvregulere

Forskerne fandt, at input af kvælstof fra biologisk N₂-fiksering hovedsageligt bestemmes af mængden af ??kløverbiomasse, og at fiksering af ??N₂ fra luften var lavest, når efterafgrøderne blev enten undertrykt af hovedafgrøden, eller når kløver blev udkonkurreret af ikke-bælgplanter i dækafgrøden.

”Vores resultater indikerer, at bælgplantebaserede efterafgrødeblandinger kan selvregulere med hensyn til reduktion af nitratudvaskning og N-input via N₂-fiksering. Vi så, at jo højere N-tilgængeligheden i jorden var, desto højere var dominansen af ??ikke-bælgplanter i dækafgrødens biomasse, hvilket svarede til en lav og variabel N₂-fiksering. Dette skete i behandlingerne, hvor tilgængeligheden af ??kvælstof i jorden forventedes at være høj, ligesom risikoen for udvaskning af nitrat forventedes at være høj. På den anden side fandt vi, at når kløverbiomasse og N₂-fiksering var høj, var risikoen for nitratudvaskning tilsvarende lav,” siger Chiara De Notaris.

Når tilgængeligheden af ??kvælstof fra jorden er lav, kompenseres dette af efterafgrøden og den højere mængde kløver, som kan dække kvælstofbehovet i jorden ved at fiksere N₂ fra luften. I jord med en høj tilgængelighed af kvælstof er der imidlertid ikke behov for en høj biologisk N₂-fiksering, hvorfor ikke-bælgplanter såsom græs vokser godt her. Samlet set viser resultaterne, at bælgplantebaserede efterafgrødeblandinger er selvregulerende med hensyn til N-input via biologisk N₂-fiksering såvel som med hensyn til reduktion af nitratudvaskning