Af: T.L. Provin og L.R. Hossner
Effektiv afgrødeproduktion kræver en tilstrækkelig forsyning af alle vigtige plantenæringsstoffer. Brugen af kommercielle kvælstofgødninger (N-gødninger) for at øge produktionen, opretholde overskuddet og levere billige fødevarer og fibre er imidlertid en nødvendighed i det moderne landbrug. Generelt har afgrøderne brug for kvælstof i den største mængde af alle plantenæringsstoffer.
Miljøvirkningen af kvælstofgødning har været et langvarigt problem. Bekymring over kvælstofforurening af floder, søer og grundvand har fået landbrugsproducenterne til at blive mere og mere opmærksomme på deres potentielle bidrag til det samlede forureningsproblem.
For at udnytte kvælstof effektivt og begrænse dets negative indvirkning på miljøet skal producenterne udvikle en bevidsthed om kvælstoffets kemi og om, hvordan det tilføres til og fjernes fra jorden.
Kommercielle gødningsstoffer, som landbrugsproducenterne anvender, er en væsentlig kilde til tilførsel af kvælstof til jordbunden. Kvælstof genanvendes løbende gennem rester af plante- og dyreaffald og organisk materiale i jorden. Kvælstof fjernes fra jorden gennem afgrøder, gasformigt tab, afstrømning, erosion og udvaskning. Størrelsen af og mekanismen bag kvælstoftabet afhænger af de kemiske og fysiske egenskaber ved en given jordbund. Figur 1 er en skematisk fremstilling af de mulige gevinster og tab af kvælstof i jorden.
Kemi af kvælstof
Stikstof udgør 79 procent af den luft, vi indånder. De øverste 6 tommer af en frugtbar præriejord kan indeholde 2 til 3 tons kvælstof pr. acre. Luften over den samme hektar vil indeholde omkring 35.000 tons inert nitrogengas (N2). Det meste af det kvælstof, der findes i jorden, har sin oprindelse som N2-gas, og næsten alt kvælstof i atmosfæren er N2-gas. Dette inaktive kvælstof kan ikke bruges af planterne, før det bliver omdannet til ammonium (NH4 +) eller nitrat (NO3 – ).
Tre vigtige metoder til at omdanne kvælstofgas (N2) til ammonium (NH4 +) er:
- Fritlevende N2-fixerende bakterier
- N2-fixerende bakterier i knolde på rødderne af bælgplanter og
- Fabrikker til produktion af kvælstofgødning.
En anden vigtig metode til omdannelse af N2 er ved hjælp af lynnedslag. Når lynet blinker, omdannes kvælstofgassen i den overophedede luft til nitrat (NO3 – ) og nitrit (NO2 – ). Lynnedslag kan stå for 1 til 50 pund plantetilgængeligt kvælstof pr. acre pr. år.
Og selv om kvælstof kommer ind i jorden i flere kemiske former, omdannes det i sidste ende til den uorganiske nitrat-ion (NO3 – ). Figur 1 viser, at NO3 – kan anvendes af planter, omdannes tilbage til kvælstofgas eller udvaskes nedad med jordvandet.
Kommercielle gødningsstoffer, planterester, husdyrgødning og spildevand er de mest almindelige kilder til tilførsel af kvælstof til jorden. Tilførselsmængderne varierer meget. Enkelttilførselsmængder kan være så høje som 150 pund kvælstofækvivalent pr. acre for afgrøder som f.eks. kystnært bermudagrass. Sådanne høje udbringningsmængder bør dog begrænses til jorde med et lavt potentiale for erosion og afstrømning.
Stikstof i organiske materialer (planterester, husdyrgødning, spildevand, organisk materiale i jorden) er til stede som en del af proteiner, aminosyrer og andre plante- og mikrobielle materialer. Det bliver først tilgængeligt for planterne, når forbindelsen er nedbrudt af jordens mikroorganismer. Dette kaldes “mineralisering” (fig. 2). Det første trin i mineraliseringen er “ammonificering”. Det ammonium (NH4 +), der stammer fra ammonificeringen, omdannes derefter til nitratkvælstof (NO3 – -N) af “nitrificerende” bakterier i jorden gennem den proces, der kaldes “nitrifikation.”
Ammonificerings- og nitrifikationsreaktionernes placering i kvælstofcyklusen er vist i figur 1. Den positivt ladede ammoniumion (NH4 +), der produceres ved ammonificering eller tilsættes jorden i gødning, tiltrækkes af negativt ladede lerpartikler i jorden. I de fleste ikke-tørre jorde omdannes NH4 +-ionen imidlertid hurtigt til nitratkvælstof (NO3- N) Voksende planter optager det meste af deres kvælstof i form af nitrat (NO3- ).
Fælles kilder til uorganisk kvælstof omfatter ammoniak (NH3), ammonium (NH4 +), amin (NH2 +) og nitrat (NO3 – ). De fleste gødningsmaterialer indeholder eller vil danne NH4 +, som hurtigt omdannes til NO3 -, når det først er i jorden.
Fjernelse af kvælstof fra jorden
Skvælstof fjernes fra jorden ved fire hovedprocesser:
- Planternes optagelse
- Gasformigt tab
- Afstrømning og erosion
- Udvaskning
Planternes optagelse refererer til kvælstofoptagelse af rødderne. Bomuld, majs, tomater og græsplæner kræver 60 til 300 pund kvælstof pr. hektar for at opnå god vækst og rentable udbytter eller den ønskede æstetik. Det faktiske behov for en given afgrøde varierer alt efter produktionspotentialet og påvirkes i høj grad af klimatiske faktorer.
Da de fleste jorde har et lavt indhold af plantetilgængeligt kvælstof, leveres kvælstofbehovet ofte som kommerciel kvælstofgødning. Kvælstofbehov på over 150 pund pr. acre opdeles normalt i to eller flere doseringer. Det er dog kun plantekvælstof i den høstede afgrøde, der rent faktisk forlader marken. Resten af plantekvælstoffet returneres til jorden som planterester og indgår igen i kredsløbet som organisk kvælstof, som illustreret i figur 1.
Det gasformige tab af kvælstof sker ved denitrifikation eller ammoniakfordampning. Denitrifikation er en proces, hvor nitratkvælstof (NO3- -N) omdannes til gasformigt nitrogenoxid (N2O) eller elementært nitrogen (N2). Dette involverer virkningen af anaerobe bakterier (bakterier, der ikke kræver fri ilt) og forekommer almindeligvis i våde eller vandfyldte jorde.
Da dette er en anaerob proces, er gasformigt tab fra en normal (aerob) jord lille. Men når jorden forbliver meget våd eller mættet i lange perioder, kan en stor del af nitraten gå tabt.
Ammoniakgas kan udvikles fra kvælstofforbindelser som f.eks. urinstof på jordens overflade. Urea findes i husdyrgødning og kan købes i ren form som gødning (45-0-0).
Andre ammoniumholdige gødningsforbindelser, herunder ammoniumsulfat (21-0-0) og i mindre grad ammoniumnitrat (33-0-0) og ammoniumphosphat, har vist sig at producere fri ammoniak i nærvær af calciumcarbonat. Denne tilstand findes i nogle jorde med høj pH (pH>7,3).
Afstrømnings- og erosionstab kan omfatte nitrat (NO3 – ), ammonium (NH4 +) og organisk kvælstof. Den negativt ladede NO3 – ion forbliver i jordvandet og holdes ikke fast af jordpartikler. Hvis vand, der indeholder opløst NO3 – eller NH4 +, løber fra overfladen, bevæger disse ioner sig med det. Men når kvælstofgødning tilføres til tør jord, og der tilføres regn- eller vandingsvand, opløser det første vand gødningen og fører den med sig ned i jorden. Regnvejr forårsager normalt ikke overfladetab af gødningsstof, medmindre der falder meget kraftig regn kort efter udbringning.
Ammonium, der holdes tilbage af lerpartikler, kan blive ført ud i overfladevandforsyningerne ved jorderosion. Faktisk flytter jorderosion mere kvælstof end nedbør, når det gælder flytning af opløste kvælstofforbindelser. Når erosionsjord aflejres i floder og søer, vil mikrobiel aktivitet langsomt omdanne kvælstofforbindelser til opløselige former.
Udvaskningstab indebærer, at vand bevæger sig nedad gennem jorden under rodzonen. Dette tab sker hyppigst med nitrat (NO3 – ) i områder med store nedbørsmængder, ved overdreven kunstvanding og med grovteksturerede (sandede) jorde. Tab af kvælstof ved udvaskning reducerer den mængde kvælstof, der er tilgængelig for afgrøderne, og kan potentielt forurene lavvandede brønde og grundvandsmagasiner.
Den anvendte kvælstofmængde og tidspunktet for udbringning bør være relateret til jordbundsforholdene og afgrødernes behov for at minimere udvaskningstab. Talrige forskningsundersøgelser viser, at på grund af planteoptagelsen udvaskes der kun lidt nitratkvælstof (NO3 – -N) fra jord, hvor en afgrøde er i aktiv vækst. Da de sandede jorde, der er mest udsat for udvaskning, befinder sig i det østlige Texas, hvor græs er den fremherskende afgrøde, forventes der generelt et minimalt udvaskningstab af kvælstof ved kvælstofgødskning i hele staten.
Mens undersøgelser har vist begrænsede problemer med nitrat (NO3 – ) bevægelser, kan ukorrekt anvendelse af kommercielle og organiske kvælstofgødninger resultere i NO3 – afstrømning til overfladevand og udvaskning til grundvandet.
Forebyggelse af kvælstoftab
Den bedste måde at forebygge tab af kvælstof fra landbrugsarealer er gennem god jord- og vandforvaltningspraksis. Det første skridt til at reducere potentielle kvælstoftab er at få jordbunden undersøgt. En korrekt udtaget jordprøve vil give et skøn over den mængde nitrat-kvælstof (NO3 – -N), der er til stede i jorden, og kan bruges som rettesnor for tilførsel af den passende mængde kvælstofgødning til den afgrøde, der dyrkes.
Den bedste metode til at forhindre, at kvælstof kommer ud i vandløb og søer, er korrekt gødskning og kontrol med overfladeafstrømning og erosion. Tab ved udvaskning kan forhindres ved at opdele kvælstofbehovet i flere anvendelser, hvor grovteksturerede jorde og store nedbørsmængder er almindelige.
Download en printervenlig version af denne publikation: Hvad sker der med kvælstof i jorden?
Har du et spørgsmål – eller har du brug for at kontakte en ekspert?
Kontakt dit amtskontor