Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder 2012...Teori og baggrund Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder Side 5 af 12 Skadedyr: Ved at skifte mellem forskellige afgrøder, som ikke er

Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder

Teori og baggrund Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder

Side 2 af 12

Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder

Om forsøget

I forsøget skal I analysere jordvand taget op fra jorden under forskellige afgrøder i sædskiftet

hos Forsker for en dag. Gennem såkaldte sugeceller, som ligger permanent nedgravet under

afgrødernes rodnet, kan man trække jordvandet op. Jordvandet skal analyseres i laboratoriet

for nitrat.

Nitrat er et plantenæringsstof, som findes opløst i jordvandet, og har derfor stor tendens til

udvaskning.

Sugeceller

For at kunne tage prøver af jordvæsken er der lagt et system af slanger og såkaldte sugecel‐

ler ud i marken under afgrødernes rodnet. Ved at sætte sugecellerne under vakuum, kan

man trække vand ud af jorden. Alle slangerne ender i et ’tappeskab’, hvorfra vandprøverne

kan tappes. Vandprøverne indeholder den væske, som er sivet fra overfladen og ned gen‐

nem rodzonen. Når vandprøverne er tappet på flasker, kan de analyseres for indholdet af

forskellige næringsioner, i dette forsøg nitrat.

I hver af sædskiftets 6 marker er der nedgravet 6 sugeceller, dvs. 36 sugeceller i hele sæd‐

skiftet.

Sædskiftet

Sædskiftet har traditionelt været landmandens måde at undgå udpining af jorden på. Ikke

alle afgrøder udnytter jordens indhold af næringsstoffer ens, og nogle afgrøder tilfører jor‐

den mere organisk materiale end andre. Ved at dyrke skiftende afgrøder, heriblandt bælg‐

planter, som er i stand til at fiksere kvælstof fra luften, kan jordens frugtbarhed opretholdes.


Side 3 af 12

N Mark

1 Mark

2 Mark

3 Mark

4 Mark

5 Mark

6

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

1 2

Kvælstoffiksering i rodknolde. Kvælstof omdannes i bælgplanters rød‐

der ved en symbiose med kvælstoffikserende bakterier (Foto: Laïla

Tirichine).

Sædskiftet hos Forsker for en dag er et lille demonstrationssædskifte. De seks marker ligger

ved siden af hinanden, og dyrkes fortrinsvist økologisk.

Marken længst væk fra Agro Business Park

kaldes mark 1, dernæst ligger mark 2 osv.

Hver mark er opdelt i to mindre parceller,

1‐1, 1‐2 osv.

I sædskiftet flyttes afgrøderne én mark ’frem’ hvert år. I nedenstående tabel (se næste side)

ses placeringen af afgrøderne på marken i år 2012. I år 2012 er det kartofler, der er hovedaf‐

grøden på mark 1, i 2013 skal der være vårbyg på mark 1, osv.

Bemærk, at markens afgrøder skifter mellem hovedafgrøder og efterafgrøder, og der er der‐

for ikke den samme afgrøde på marken året rundt. Hvilke afgrøder, der er på markerne på et

givent tidspunkt, afhænger af årstiden samt høst‐ og såtidspunkt.

De marker, som har brug for gødning, får ikke handelsgødning (’kunstgødning’), men gylle.

Mængden af gylle er tilpasset afgrødens behov og evne til kvælstoffiksering. Der gødes i to

forskellige niveauer, og de kvælstoffikserende afgrøder gødes ikke.


Side 4 af 12

Parcel Hovedafgrøde Efterafgrøde Gødningsniveau(kg NH4‐N/ha)

1‐1 Kartofler Vinterrug + Vinter vikke + Vinterraps 50

1‐2 Kartofler Vinterrug + Vinter vikke + Vinterraps 100

2‐1 Vårbyg Lucerne (udlæg) + Kløvergræs + rajgræs 0

2‐2 Vårbyg Lucerne (udlæg) + Kløvergræs + rajgræs 60

3‐1 Lucerne 1 år Lucerne + Kløvergræs + rajgræs 0




5‐1 Vårhvede Rajgræs + Cikorie + Kløver 50

5‐2 Vårhvede Rajgræs + Cikorie + Kløver 100

6‐1 Ært/byg Rajgræs + Cikorie + Kløver 0

6‐2 Ært/byg Rajgræs + Cikorie + Kløver 0

Mere om sædskiftets princip

Ved at veksle mellem forskellige afgrøder i et sædskifte forsøger man at udnytte fordelene af

de forskellige afgrøder over en årrække. Sædskiftet tilpasses jordbunds‐ og klimaforhold,

ukrudtsbestand og skadedyrsstatus i den enkelte mark. For eksempel finder produktion af

græs‐ og kløverfrø primært sted i den østlige del af Danmark, hvor der overvejende er lerjord

og et forholdsvist tørt klima. I Vest‐ og Midtjylland, hvor jorden er mere sandet og klimaet

mere fugtigt end i resten af Danmark, dyrkes der mere rug, græs og kartofler. På kvægbedrif‐

ter dyrkes der sædvanligvis en stor del grovfoder (f.eks. græs/kløvergræs eller majs), mens

der på svinebedrifter ofte indgår forskellige salgsafgrøder (f.eks. raps, ærter eller kartofler) i

et ellers korndomineret sædskifte.

Næringsstof: Ved at veksle mellem kvælstofforbrugende og kvælstoffikserende afgrøder kan

man mindske behovet for at tilføre kvælstofholdig gødning til afgrøderne. Generelt er korn‐

arterne meget næringsstofkrævende afgrøder. Året før der dyrkes vårhvede, bliver der der‐

for dyrket kvælstoffikserende afgrøder (ærter).


Side 5 af 12

Skadedyr: Ved at skifte mellem forskellige afgrøder, som ikke er beslægtede, kan man mind‐

ske risikoen for sædskiftesygdomme, dvs. overførsel af f.eks. svampesygdomme fra en af‐

grøde til den næste. Ligeledes kan man undgå angreb af visse jordlevende skadedyr (f.eks.

kartoffelål) som kan opformeres, hvis den samme afgrøde dyrkes på den samme mark flere

år efter hinanden.

Ukrudt: Der er forskellige metoder til ukrudtsbekæmpelse i et sædskifte. Over for rodukrudt

(f.eks. tidsler og kvikgræs) fungerer et skifte med kløvergræs som en effektiv konkurrent.

Samtidig vil jordens pulje af ukrudtsfrø reduceres ved gentagne slåninger af kløveren gen‐

nem sæsonen, dels fordi slåning forhindrer, at der produceres nye frø, og dels fordi en del af

de eksisterende frø mister spireevnen.

Ulempe: Ulempen ved et sædskifte er, at man er nødt til at skifte afgrøder, selvom det må‐

ske ikke er økonomisk fordelagtigt, dvs. at man måske bliver nødt til at dyrke en afgrøde,

som giver mindre økonomisk udbytte. For eksempel fungerer kløvergræs på kvægløse øko‐

logiske landbrug ofte blot som en kvælstoffikserende afgrøde, der kan frigive kvælstof til de

efterfølgende afgrøder.


Side 6 af 12

Metode

Til bestemmelse af nitrat i jordvandet anvender vi en spektrofotometrisk metode baseret på

en simpel nitrat‐test og Lambert‐Beers Lov.

Nitrat‐testen

Der skal bruges to reagenser til at bestemme nitratindholdet i vandprøverne fra sædskiftet:

Reagens 1 indeholder svovlsyre og fosforsyre.

Reagens 2 indeholder 2,6‐dimetylphenol.

I en sur opløsning vil nitraten (NO3‐) reagere med 2,6‐dimetylphenol og danne et lyserødt

farvestof 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol. Jo mere 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol der dannes, desto

mere lyserød bliver væsken. Dvs. jo mere nitrat vandprøven indeholder, desto mere lyserød

vil blandingen blive. Vi skal bruge denne farveændring til at bestemme helt præcist, hvor

meget 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol og dermed nitrat vandprøverne indeholder.

NO3‐ +

+ OH‐

Nitrat + 2,6‐dimetylphenol

(farveløs)

4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol

(lyserød)

+ Hydroxid

Den spektrofotometriske metode

Ved hjælp af et spektrofotometer skal vi bestemme mængden af 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol. I

spektrofotometret sidder en lyskilde, som udsender lys med en given bølgelængde (her 338

nm). Vi anbringer væskeblandingen i en firkantet beholder i spektrofotometret og sender lys

igennem den. Den del af lyset som optages (absorberes) i væsken måles som absorbans.


Side 7 af 12

Når lys kastes mod en væske, vil en

del af det optages (absorberes) i væ‐

sken, en del kastes tilbage (reflekte‐

res) og en del af det gå igennem

(transmitteres). Hvor stor en del af

lyset, der henholdsvis absorberes,

reflekteres og transmitteres, bestem‐

mes af væskens sammensætning og

lyskildens bølgelængde.

På den anden side af lyskilden sidder

en detektor, som måler hvor meget

lys der slipper igennem væsken. Ved

en bølgelængde på 338 nm gælder for

4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol at stort set

alt lys absorberes i molekylet, dvs. kun

en lille del af lyset transmitteres eller

reflekteres af molekylet.

Kalibrering

Vi er kun interesseret i den absorbans, som skyldes forekomsten af 4‐nitro‐2,6‐

dimetylphenol, ikke den absorbans som sker i kuvettens overflade eller den som de andre

molekyler i væsken forårsager. Derfor starter vi med at måle absorbansen på en såkaldt

’blindprøve’:

Blindprøven indeholder de helt samme reagenser som de øvrige prøver, men er lavet på

demineraliseret vand i stedet for sugecellevand. Den eneste forskel på blindprøven og de

øvrige prøver er derfor forekomsten af 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol.

Når vi måler absorbansen på blindprøven, måler vi udelukkende absorbans forårsaget af de

ting vi ikke er interesseret i. Ved at nulstille spektrofotometret med blindprøven i tager vi

højde for den ’fejl’, som absorbans i de tilsatte reagenser og kuvettens overflade medfører.

For at minimere størrelsen af denne ’fejl’ anvender vi desuden en bølgelængde (338 nm),

hvor 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol har en stor absorption, dvs. absorberer hovedparten af lyset.

Efter kalibrering vil den absorbans, som måles ved 338 nm, derfor udelukkende skyldes til‐

stedeværelsen af 4‐nitro‐2,6‐dimetylphenol.

Monokromatisk lys (lys med given λ, her 338 nm)

Refleksion

Kuvette

Detektor

Refleksion

Transmission

Absorption


Side 8 af 12

Standardkurve og standardligning

Vi har nu et tal for absorbans, og skal finde ud af hvilken koncentration af nitrat det svarer

til. Det kræver lidt baggrundsviden:

Når man måler absorbansen på en række opløsninger med forskellig nitratkoncentration

finder man ud af at sammenhængen er lineær, og kan beskrives ved følgende sammenhæng:

y = (18,816x + 0,0978)*FF*4,43

hvor x er den målte absorbans og y er koncentration i mg NO3. FF er fortyndingsfaktoren.

Dvs. hvis man kender absorbansen for et stof af ukendt koncentration, kan koncentrationen

beregnes.

Dette udtrykkes også med Lambert‐Beers Lov, som siger at der er proportionalitet mellem

en væskes koncentration og dens absorbans, dvs. jo flere molekyler der er i væsken, desto

mere lys vil absorberes.

Øvelsesvejledning Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder

Side 9 af 12

Øvelsesvejledningen

Vi starter i marken med at tappe vand fra sugecellerne i markens parceller. Herefter skal vi

be‐stemme vandets nitratkoncentration ved hjælp af en farvereaktion og en absorbans‐

måling.

1. Materialer og udstyr

› Vandprøver fra sugeceller › Reagensglas og låg

› Nitratstrips › Demineraliseret vand (fra grøn vandhane)

› Nitrattest: reagens 1 og reagens 2 › Kuvetter

› Finn‐pipetter og ‐spidser › Spektrofotometer

2. Forberedelser i laboratoriet

Der er gravet 36 sugeceller ned i sædskiftet, herfra skal vi lave 12 vandprøver, som klassen

tilsammen skal analysere i små hold.

› Fordel de 36 flasker mellem holdene.

› Vandet fra sugecelle 1‐3, 4‐6 osv. hældes sammen i forholdet 1:1:1 (se resultatskemaet).

Det giver 12 prøver.

› Kontroller nitrat‐indholdet med nitratstrips. Skal være < 25,0 mg/l NO3‐N.

Nitratstrips giver kun en vejledning om koncentrationen af nitrat ved hjælp af en farveindikator. Indholdet skal være < 25,0 mg/l NO3‐N, for at det stof som ni‐trat skal reagere med (2,6‐dimetylphenol) i testen er i overskud.

› Hvis nitrat‐indholdet > 25,0 mg/l NO3‐N, så skal prøverne fortyndes. Brug demineraliseret

vand. Husk at notere fortyndingsfaktoren i resultatskemaet (næste side)!

Indikatorbånd for nitrat

Indikatorbånd for nitrit


Side 10 af 12

3. Nitrattest – BRUG HANDSKER!!!

Når prøverne har et nitrat‐indhold < 25,0 mg/l NO3‐N (enten fra starten eller efter fortyn‐ding) går I i gang med nitrattesten:

› Nummerer et reagensglas pr. prøve (1‐1, 1‐2, osv.).

› Hæld 4,0 ml REAGENS 1 i reagensglassene. Brug plastpipette.

› Tilsæt 0,5 ml af vandprøven. Brug Finn‐pipetten. Bland dem ikke!

› Tilsæt 0,5 ml af REAGENS 2. Brug Finn‐pipetten.

› Sæt låg på. Ryst dem godt og lad dem stå 10 min. Blandingen bliver varm – hvorfor?

› Brug de 10 min på oprydning, evt. kort pause!

4. Kalibrering og målinger på spektrofotometer

Lav en blindprøve til fælles brug:

› Mærk et reagensglas (f.eks. 'Blind'). Til blindprøven tilsættes 0,5 ml demineraliseret vand

i stedet for væske fra sugecellerne. Blindprøven indeholder derfor ikke nitrat.

› Indstil bølgelængden på spektrofotometret til λ = 338 nm.

› Blindprøves hældes i en kuvette, sæt kuvetten i spektrofotometret ‐ tryk 'autozero'

(hermed kalibreret!)

Mål absorbansen på de 12 prøver ‐ en ad gangen. De målte resultater skrives ind i resultat‐

skemaet (næste side).


Side 11 af 12

5. Resultater og beregninger Brug nitrats standardligning til at omregne absorbansen i jeres prøver til nitratkoncentra‐

tion:

hvor y er koncentration [mg/l] og x er den målte absorbans. Husk at gange op med fortyndingsfaktoren (FF), hvis I har fortyndet prøverne undervejs. Sørg for at få samlet hele klassens resultater i samme skema.

Resultatskema. Her kan I skrive jeres resultater ind:

Del‐mark

Hoved‐afgrøde Efterafgrøde

Gødnings‐niveau (kg NH4‐N/ha)

Nitratkonc. (mg/l) (Nitratstrips)

Fortyn‐dingsfaktor

Målt absorbans

NO3‐

koncentration (mg/l)

1‐1 Kartofler Vinterrug + Vinter vikke + Vinterraps

50

1‐2 Kartofler Vinterrug + Vinter vikke + Vinterraps

100

2‐1 Vårbyg

Lucerne (udlæg) + Kløvergræs + rajgræs

0

2‐2 Vårbyg

Lucerne (udlæg) + Kløvergræs + rajgræs

60

3‐1 Lucerne 1 år Lucerne + Kløvergræs + rajgræs

0


0


0


0

5‐1 Vårhvede Rajgræs + Cikorie + Kløver

50

5‐2 Vårhvede Rajgræs + Cikorie + Kløver

100

6‐1 Ært/byg Rajgræs + Cikorie + Kløver

0

6‐2 Ært/byg Rajgræs + Cikorie + Kløver

0

D Drikkevand ‐

y = (18,816x + 0,0978)*FF*4,43

Ordforklaring Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder

Side 12 af 12

Ordforklaringer

Afstrømning: Den vandmængde som løber igennem jorden i 1 meters dybde. I denne dybde ligger

sugecellerne

Blindprøve: Prøve som i stedet for vand fra sugecellerne er tilsat demineraliseret vand.

Dyreenhed: Da forskellige dyr ikke producerer samme mængde gødning, påvirker de heller ikke mil‐

jøet lige meget. En dyreenhed (DE) er et fælles udtryk for miljøpåvirkningen for de forskellige husdyr.

Hvor mange dyr, der går på en dyreenhed afhænger af dyrets gødningsproduktion. 1 DE = 100 kg

produceret kvælstof pr. år.

Efterafgrøde: Afgrøde som enten sås sammen med den egentlige afgrøde eller efter høst. Efteraf‐

grøden skal forbruge overskydende næringsstoffer og mindske udvaskning.

Kvælstoffiksering: Symbiotisk proces mellem rodbakterier og planter. Bakterierne kan optage frit

kvælstof fra luften og omdanne det til proteiner, som planten nyder godt af, og i modydelse får bak‐

terierne glukose fra planten.

Sugecelle: Porøs, keramisk beholder hvori jordens porevand suges ind ved hjælp af undertryk. Suge‐

cellen er forbundet med et overjordisk skab via en slange, hvorfra vandet kan tappes ved at sætte

systemet under tryk.

Udlæg: Afgrøder som sås samtidig med den egentlige afgrøde, f.eks. kløver. Høstes umiddelbart før

såning det følgende år.

Mere information om emnet Fremskridt i forskningen om symbiose mellem bælgplanter og Rhizobium‐bakterier

Af Inga Bach, Planteforskning.dk og Niels Sandal, Aarhus Universitet. Artiklen handler om bælgplanters evne til at kvælstoffiksere og om deres symbiose med Rhizobium‐bakterier. Find også artiklen her: www.planteforskning.dk Etablering af efterafgrøder

Seniorforsker Elly Møller Hansen, Aarhus Universitet, skriver om etablering af forskellige efterafgrøder. En teknisk og faglig artikel for særligt interesserede. DJF Markbrug nr. 331, jan. 2009. Vandmiljøplan III

Udgivet af Miljøministeriet og Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri. Her kan du læse om arbejdet med VMPIII ‐ Vandmiljøplan III. VPMIII følger op på vandmiljøplan II og fokus er nu bl.a. rettet mod fosfor‐ og kvælstofudledningen til vandmiljøet.

INTERESSERET I JORDBRUG, FØDEVARER OG MILJØ?

Tag en fremtidssikret uddannelse på Aarhus Universitet og bliv klogere. Læs mere om uddannelserne på studieguide.au.dk

Documents

Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder 2012...Teori og baggrund Nitratudvaskning i landbrugsafgrøder Side 5 af 12 Skadedyr: Ved at skifte mellem forskellige afgrøder, som ikke er