Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Kan nitrifikationshæmmere reducere drivhusgasemissioner og kvælstofudvaskning?

Et 1-årigt lysimeterforsøg ved Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet viser, at nitrifikationshæmmeren DMPP signifikant reducerede udledning af lattergas fra gødning anvendt til majs på sandjord.

19.06.2020 | Camilla Brodam

AU: Foto

Kvælstof er et essentielt plantenæringsstof. Derfor anvendes gødning, gylle og afgrøderester som kvælstofgødning i landbruget verden over. Men afgrøderne på marken udnytter kun en del af det tilførte kvælstof, og resten indgår i jordens kvælstofkredsløb, hvor det risikerer at blive tabt til det omgivende miljø, bl.a. som udledning af lattergas (N2O) til atmosfæren eller udvaskning af nitrat til vandmiljøet.

”Når kvælstof tilføres marken i form af gødning, gylle eller afgrøderester, gennemgår det mikrobielle processer kaldet nitrifikation og denitrifikation (red: se faktaboks), og i de processer skabes blandt andet lattergas som et biprodukt. Det er en meget kraftig drivhusgas, og global opvarmning fra lattergas er 298 gange kraftigere end effekten af kuldioxid (CO2). Ud over drivhusgasemission giver brugen af ​​gødning og gylle også risiko for udvaskning af kvælstof til vandmiljøet,” siger ph.d.-studerende Drishya Nair fra Institut for Agroøkologi.

Begrænse lattergasemissioner

Danmark har et ambitiøst mål om at reducere de samlede drivhusgasemissioner med 70% inden 2050. Landbruget spiller en vigtig rolle i at nå disse mål, da det er en af ​​de største bidragsydere til den samlede udledning af drivhusgasser. Allerede nu er landbrugets udledning reduceret noget, da man fra politisk side har begrænset det samlede forbrug af ​​kvælstofgødning og gylle, som via lattergas fører til drivhusgasudledning.

”Mængden af kvælstofgødning blev reduceret væsentligt i Danmark i løbet af 1990’erne, og en yderligere reduktion af drivhusgasudledning vil kræve andre strategier. En mulig strategi kunne være at anvende nitrifikationshæmmere. Det er forbindelser, som forsinker nitrifikationsprocessens omdannelse af ​​ammonium til nitrat . En langsommere akkumulering af nitrat kan reducere både lattergasemissioner og risikoen for nitratudvaskning. Vi har i det her forsøg undersøgt, hvordan nitrifikationshæmmeren DMPP kan reducere lattergasemissioner og nitratudvaskning fra majs,” siger Drishya Nair.

”Majs er en højt ydende afgrøde, som dyrkes på kvægbrug til produktion af ensilage til kvægfoder. Den dyrkes især i den vestlige del af Danmark, hvor kvægbrugene er koncentreret. Her har man grovsandet jord og høj nedbør, begge dele forhold, der øger risikoen for nitratudvaskning. Derudover øger den sene kvælstofoptagelse i majs sandsynligheden for, at kvælstof går tabt i forårsperioder med megen regn,” siger Drishya Nair.

Lysimetereksperiment

Forskerne brugte såkaldte lysimetre (1x1x1,4 meter) til at måle lattergasemissioner og nitratudvaskning fra majs dyrket i to rækker. Kvælstoffet blev tilført i form af gødning og kløvergræsrester.

”Majs dyrkes i Danmark ofte i rotation med kløvergræs. Når kløvergræs ompløjes, nedbrydes det og bliver en kilde til afgrødens kvælstofforsyning. Derudover bliver der også gødet, oftest med kvæggylle,” siger Drishya Nair.

Effekten af nitrifikationshæmmeren testet

Forskerne har testet effekten af ​​nitrifikationshæmmeren DMPP på forskellige måder.

”Ud over at undersøge effektiviteten af ​​DMPP tilsat gylle inkluderede vi behandlinger, hvor kløvergræsresterne blev behandlet med DMPP før ompløjningen,” siger Drishya Nair.

Eksperimentet varede et år. Og forskerne målte både udvaskning af nitrat og udledning af​​ lattergas under normal nedbør samt i behandlinger med ekstra simuleret regn i løbet af foråret. Udvalgte prøver af det udvaskede jordvand blev desuden analyseret for tilstedeværelsen af ​​DMPP.

Reduktion af lattergasemission og nitratudvaskning fra majs

Der var stærke sæsonbestemte mønstre i lattergasemissioner, hvor 49% til 86% af udledningen skete i løbet af foråret efter nedpløjning af kløvergræs og gødskning af jorden. På den anden side var nitratudvaskningen til 1,4 m dybde lav i forårsperioden og toppede i sensommeren.

”Vi forventede, at maksimal udvaskning fra denne grovsandede jord ville ske i løbet af foråret, men den højeste udvaskning blev observeret i løbet af sommeren. Det kan skyldes, at kvælstof frigivet fra husdyrgødning og kløvergræsrester i løbet af foråret er blevet transporteret til dybere lag i jorden, og forsinkelsen i nitratudvaskning fra 1,4 m dybde kan skyldes, at der først i senere på sommeren er afstrømmet tilstrækkeligt vand til at nitraten er udvasket,” siger Drishya Nair. 

Resultaterne viste, at DMPP reducerede lattergasemissionerne med 46 til 67% under normale nedbørsforhold og med 44 til 48% ved forhøjet nedbør i forårsperioden. Den største reduktion blev observeret, når DMPP blev tilsat gylle såvel som kløvergræs. Derudover indikerede undersøgelsen, at afgrødernes udbytte samt kvælstofoptagelse bedre kan fastholdes med nitrifikationshæmmere ved høj nedbør om foråret, som i forsøget blev simuleret ved ekstra vanding. 

DMPP havde imidlertid i forsøget ikke statistisk sikker effekt på udvaskning af kvælstof, selvom der var indikationer på, at det kunne være tilfældet.

”Det var i modsætning til, hvad vi havde forventet på baggrund af udenlandske undersøgelser, som i mange tilfælde har fundet en reduktion i nitratudvaskning. En lavere mængde kvælstof til udvaskning ville have været en naturlig effekt af at bremse nitrifikationsprocessen med DMPP, men det så vi ikke. Årsagen kan være, at der udover kvælstof fra gylle og kløvergræs også er mange andre kvælstofkilder til nitratudvaskningen, især fra omsætning af jordens pulje af organisk stof, som  som ikke blev påvirket af DMPP,” siger Drishya Nair.

”Vi konkluderer, at DMPP og sandsynligvis også andre nitrifikationshæmmere kan være del af en strategi til reduktion af lattergasudledning fra landbruget. Derimod har DMPP kun mindre effekt betydning som middel til at reducere nitratudvaskningen,” siger Drishya Nair.

Faktaboks

Nitrifikation er en proces, hvorved bakterier i jorden nedbryder dødt, kvælstofholdigt plantemateriale. Bakterierne omdanner eller ilter ammoniak og ammonium fra gødning, gylle eller afgrøderester til nitrit, og fra nitrit til nitrat. 

Denitrifikation er en proces, hvor nitrat i stedet fjernes. Denne proces udføres ligeledes af bakterier i jord og vand. Nitrat (NO3-) fra f.eks. gødning eller nitrificerende bakteriers aktivitet, bliver af denitrificerence bakterier under iltfattige forhold omsat til blandt andet N2O (lattergas), som udledes til atmosfæren. 

Bag om forskningen

Samarbejdspartnere: Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet og Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

Interessekonflikter: Ingen 

Finansiering: BASF, Tyskland. Projektet blev økonomisk støttet af BASF, men virksomheden var hverken involveret i planlægning eller gennemførelse af ​​eksperimentet, eller i fortolkning og offentliggørelse af ​​resultaterne.

Læs mere: Du kan læse den videnskabelige artikel her: Nitrate leaching and nitrous oxide emissions from maize after grass-clover on a coarse sandy soil: Mitigation potentials of 3,4-dimethylpyrazole

phosphate (DMPP).  Artiklens forfattere er Drishya Nair, Khagendra R. Baral, Diego Abalos, Bjarne W. Strobel og Søren O. Petersen.

Kontakt:

Ph.d.-studerende Drishya Nair, Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet. E-mail: drishya.nair@agro.au.dk

Professor Søren O. Petersen, Institut for Agroekologi ved Aarhus Universitet. E-mail: sop@agro.au.dk

Forskning, Agro, DCA