Författaren är en forskningsekolog vid USDA-Agricultural Research Service i Raleigh, N.C.
Både i forskningsförsök och på gården kan reaktionen på spridning av kvävegödsel vara ganska varierande. Vi har alla sett situationer där, förutom kanske en grönare växtfärg, applicering av kväve hade liten inverkan på fodertillväxt och skörd. Omvänt har vi noterat att situationer när tillförsel av kväve hade en enorm inverkan på betesproduktiviteten.
Kväve är den väsentliga delen av protein i växt- och djurvävnader. Protein behövs i en mängd olika molekyler för att organismer ska fungera effektivt, såsom enzymer och DNA. I alla växter är kväve det viktigaste elementet i bildandet och funktionen av klorofyll, den väsentliga föreningen som är nödvändig för fotosyntes. Utan koldioxidfixering från atmosfären via klorofyll skulle djur inte existera, och vi skulle inte ha mat från varken växter eller djur.
Miljöavvägning
Så vi kanske bara borde applicera mer än tillräckligt med kväve på vårt foder, och det skulle inte finnas någon sådan begränsning för detta viktiga näringsämne. Det skulle kunna fungera, men kväve är dyrt och många av våra vattenkvalitetsproblem finns eftersom det har läckt för mycket kväve ut i grundvattnet eller rinner ut i ytvatten och orsakat miljökatastrofer.
Vi borde väl inte förgifta oss själva bara för att producera mat att äta?
Dilemmat med kväve är att avgöra hur mycket som ska appliceras för att vara tillräckligt utan att orsaka miljömässiga och ekonomiska förluster. Naturligtvis finns det många andra viktiga frågor också — När är den bästa tiden att applicera kväve för att få bästa växtutnyttjande och minsta förlust för miljön? Vilken form av kväve är den mest kostnadseffektiva och kommer att ge oss den bästa effektiviteten för växtupptag? Var i taket eller markprofilen ska kvävet appliceras för att undvika förluster från urlakning, förångning och denitrifikation?
Om din hö- eller foderskörd hade
2 % kväve (N) innehåll vid skörd, och du tänker skörda 5 ton per tunnland varje år, då kan det vara vettigt att använda minst 200 pounds per acre (10 000 pounds x 2% =200 pounds). Men om bara cirka 50 % av kvävet du applicerar faktiskt tas upp och används av grödan, är kanske 400 pund N per hektar vad som behövs årligen.
Vart tar de andra 50% av kvävet vägen?
En del går förlorad genom att ammoniak förångas till atmosfären. En del kan denitrifieras till dikväveoxidgas och förloras i atmosfären. En del kan urlakas under rotzonen som nitrat. En del kan sköljas från markytan till närliggande marker eller ytvatten. Vissa kan sköljas bort med jordpartiklar genom erosion, och en del kan inkorporeras av markmikroorganismer i nybildande organiskt material. Det här är inte ens alla möjligheter.
En rik kvävekälla
Så vad har markens kol att göra med protein i ditt gräs?
Det är en fråga om organiskt material i marken och markmikroorganismer. Organiskt material i marken består till största delen av kol; i själva verket är 58 % av markens organiska material kol. Jordmikroorganismer är de minsta djuren i jorden som kräver ett mikroskop för att se - bakterier, svampar och aktinomyceter. Naturligtvis finns det många synliga organismer i marken också.
Jordens organiska material i jordbruksmarker innehåller också 4% till 6% kväve. Organiskt kväve i jorden är hårt bundet och måste mineraliseras av markmikroorganismer till ammonium och nitrat, de två oorganiska formerna av kväve som lätt tas upp av växter. Om en jord hade 2 % organiskt material i jorden, kan det finnas 800 till 1 200 pund N per tunnland i den jorden. Om en jord hade 5 % organiskt material i jorden, kan det finnas 2 000 till 3 000 pund kväve per hektar. Det är mycket kväve i de översta 4 tum av jorden, och det kan finnas ytterligare en lika stor mängd i de nästa 20 tum av jorden.
Vi kan använda en del av det kvävet i jorden, men att veta hur mycket som blir tillgängligt under en växtsäsong har varit svårt att förutse. Forskare studerade den frågan mer intensivt före den industriella revolutionen som ledde till utvecklingen av syntetiska kvävegödselmedel. När ammoniumnitrat och urea blev lättillgängliga, minskade betoningen på att förstå kvävemineralisering från organiskt material avsevärt.
Det finns nu ett förnyat intresse för att förstå kvävemineralisering med konvergensen av stigande kostnader för kvävegödselmedel, saneringsinsatser för vattenkvalitet och intresse för markhälsa. Det är här att förstå kol i jord ansluter till proteinet i ditt gräs.
Optimala kvävehastigheter skilde sig åt
I en serie försök med högsvingel på gården i hela North Carolina och omgivande stater, jämfördes mängden kväve som härrör från mineralisering av organiskt material i marken med mängden kväve som tillförs av ureagödsel. Jordprover samlades in i början av lagerperioden (början av september) och analyserades med avseende på markens kvävemineralisering och markens biologiska aktivitet.
Högt svängelfoder tilläts växa obehindrat under cirka fyra månader in i december eller januari, då fodertillväxt och näringsvärde bestämdes. Nötkor visades sedan ut på dessa betesmarker som typiskt för denna förvaltningsmetod.
Under försöksperioden applicerades kväve med 0, 40, 80 och 120 pund kväve per tunnland, och dessa behandlingar upprepades fyra gånger för totalt 16 tomter vid vart och ett av de 37 försöken som genomfördes hösten 2018. Experimentell resultat fanns också tillgängliga från 55 försök som genomfördes under 2015 och 2016 med en liknande metod.
Genomsnittet för alla försök förbättrades foderutbytet med högre mängd kvävegödselmedel. Detta skulle inte vara ovanligt, eftersom många nuvarande rekommendationer för foder i höstlager kräver 50 till 100 enheter kväve per hektar. Det unika med denna studie var dock att endast 26 av de 92 försöken hade tillräckligt med skördesvar för att täcka kostnaden för tillsatt kväve.
Sextiosex försök (72%) behövde inte mer kväve än vad som redan fanns i marken för att optimera produktionen. Mängden kvarvarande oorganiskt kväve i ytan på 4 tum av marken var låg, så den rimligaste källan till tillgängligt kväve var från mineralisering av organiskt material.
Varför reagerade vissa fält på gödselkväve och inte andra?
Det berodde inte på mängden kvarvarande oorganiskt kväve i ytan på 4 tum av jord eftersom det inte fanns några skillnader i markammonium och nitrat mellan känsliga och icke-responsiva fält. Skillnaden berodde på mängden kvävemineralisering från organiskt material i marken.
Potential för jordkvävemineralisering under idealiska förhållanden i laboratoriet uppgick i genomsnitt till 131 pund kväve per tunnland i de försök som inte alls svarade på gödselkväve. I de försök som krävde mest kvävegödsel för att optimera avkastningen var jordens kvävemineralisering betydligt lägre vid 93 pund kväve per hektar. Försök med ett gödselmedelsbehov på 40 pund kväve per hektar eller mindre för att optimera avkastningen hade en mellannivå av N-mineralisering i jorden på 119 pund kväve per hektar.
Ett mer praktiskt test
Dessa resultat var överraskande för många lantbrukare som såg dem för första gången. Men de är meningsfulla om vi accepterar att markens hälsa kan förändras genom val av val av foder och bete på gårdar. Jordar med större kvävemineraliseringspotential har större förmåga att förse växter med tillgängligt kväve. Tyvärr krävs minst två månaders bearbetningstid för att kunna bestämma jordens kvävemineraliseringspotential i labbet, och det skulle rimligen kosta cirka 40 USD per prov bara för denna analys.
Lyckligtvis övervägdes den praktiska aspekten av jordtestning i början av forskningsprojektet. En enkel, snabb och mer ekonomisk uppskattning av markens biologiska aktivitet bestämdes också tillsammans med uppskattningen av jordens kvävemineraliseringspotential.
Vi utvärderade jordtestets biologiska aktivitet, som bara tar ungefär en vecka från provtagning till att jordtestrapporten skickades och som kanske bara kostar omkring $5 till $10 per prov i en forskningsmiljö. Varför jordtestning av biologisk aktivitet ens kan anses vara ett lämpligt alternativ beror på att det finns ett starkt samband mellan markens kvävemineralisering och marktestets biologiska aktivitet. Detta samband observerades i denna studie (se figur 1) såväl som i andra.
Effekten av denna forskning är att hö- och foderodlare nu kan använda ett jordtest för att fastställa den biologiska hälsan hos sina jordar och göra rimliga, fältspecifika bestämningar av hur mycket gödselkväve som kan behövas för att optimera avkastningen. Detta jordtest skulle hjälpa odlare att finjustera vinstpotentialen på kort sikt, maximera effektiviteten hos investerade gödselmedel och bidra till hälsan hos lokala vattendelar. Optimering av gödselkväve minskar också jordbrukets koldioxidavtryck genom att binda kol i organiskt material i marken.
Om du vill bekräfta värdet av detta tillvägagångssätt på din gård, kontakta ett jordprovningslaboratorium i ditt område för att se om de erbjuder jordbiologisk testning. Det kan vara i ditt bästa ekonomiska och ekologiska intresse!
Den här artikeln dök upp i mars 2020-numret av Hay &Forage Grower på sidorna 20 och 21.
Inte en prenumerant? Klicka för att hämta den tryckta tidningen.
