Aiheet. Orgaanisten lannoitteiden ja maanparannusaineiden typen mineralisaatio. Kasvinjätteet. Orgaanisen aineksen hajoamisen malli

Transkriptio

1 Aiheet Orgaanisten lannoitteiden ja maanparannusaineiden typen mineralisaatio Tapio Salo MTT, Kasvintuotannon tutkimus 31 Jokioinen Kasvinjätteiden hiilen ja typen hajaantuminen Kemialliset analyysit VanSoest NIR Muhituskoe Hiilen vapautuminen Epäorgaanisen typen pitoisuudet Eloperäisten lannoitevalmisteiden ja lantojen hiilen ja typen hajaantuminen Kemialliset analyysit Muhituskoe Hiilen vapautuminen Epäorgaanisen typen pitoisuudet Mallitus Orgaanisen aineksen hajoamisen malli Kasvinjätteet Ympäristö Laatu Materiaali Hajottajat Hajaantumistuotteet t 1 t 2 Orgaanista aines mineralisoituu epäorgaanisiksi yhdisteiksi ja hajottajien biomassaan kertyy ainakin tilapäisesti yhdisteitä. Säätelevien tekijöiden, ympäristön, materiaalin laadun ja hajottajien merkitys vaihtelee ajan ja paikan suhteen Swift ym The Biological management of tropical Soil Fertility

2 Chemical analysis Van Soest fractionation hot water soluble (WS) WNS-WS = NDS soluble (WNS) hemicellulose cellulose = holocellulose Muhituskoe material + hot extraction with neutral detergent solution non-soluble fraction lignin + hot extraction with acid detergent solution + cold digestion with 72% sulphuric acid + oxidation in oven Results quality variation in sampled residues Figure 3 Quality properties of selected materials Plant part Green leaves Mature straw Pods Stem Whole plant Species Elefant Grass Cock's-foot Winter-rye Yellow Lupin Oats Onion Sugarbeet Alfalfa/Lucerne Chicory Oilseed-rape Cabbage White Clover Turnip-rape Sunflower Red Fescue Pea Hemp Bluegrass Oats Oilseed-rape Hemp Flax Oilseed-rape Elefant Grass Cock's-foot Yellow Lupin English ryegrass White Clover Flax Bluegrass NDS * Hemicellulose Cellulose Lignin (*NDS: Neutral Detergent Soluble) C in fraction (% of total C) % 2% 4% % 8% 1% Figure 4 C/N-ratio of whole plant and the ND soluble fraction vs. proportion of C in the ND soluble fraction (n=114) 25 Whole Plant NDS 2 C/N-ratio 15 1 Figure 5 Amount of plant N in the fractions ND-soluble (a), hemi-cellulose, cellulose and lignin (b), vs. the amount of N in whole plant. (n=114) (a) 5 NDS Plant N in fraction (mg N/g) Plant N in fraction (mg N/g) C soluble in neutral detergent (NDS-C, % of total C) y =.92x -.9 R 2 = Total plant N (mg N/g) 8 Hemicellulose (b) Cellulose Lignin Kasvijätteiden selluloosapitoisuuden vaikutus hiilen vapautumiseen kasvijätteestä R 2 =.27 1 g materiaalia muhitetaan (inkuboidaan) 5 g:ssa vakio maata, 15C Vapautuva hiilidioksidi sidotaan natriumhydroksidiin (NaOH) ja määritetään NaOH:n kuluma NaOH-määritykset tehdään alussa muutaman päivän välein ja hiilidioksidin tuoton vähentyessä harvemmin Maanäytteistä uutetaan ammonium- ja nitraattityppi 2 M KCl-liuoksella (osa purkeista uuttoon) Esim. 1 käsittelyä, 3 toistoa, 1 sarjaa (8-9 typpiuuttoihin, 1 varalla) = 3 purkkia C mineralisation (% of added C) Holocellulose C < 15 mg C g -1 Sugar beet, green leaves, C/N 22, pods, C/N 32 Egyptian Clover, whole plant, C/N Holocellulose C = mg C g -1, pods, C/N 32 Alfalfa, stem, C/N Days after start of incubation Holocellulose C >25 mg C g -1 Swede, whole plant, C/N 38, leaves, C/N 123 Meadow foxtail, mature straw, C/N Kun selluloosan määrä on korkea, helppoliukoisia hiiliyhdisteitä on vähemmän ja hiilen vapautuminen hitaampaa.

3 Kasvijätten helppoliukoisen typen määrän vaikutus typen vapautumiseen tai sitoutumiseen Lannoitevalmisteet N mineralisation (mg N g -1 C added) Water + ND soluble N <1 mg N g -1, stem,c/n Water + ND soluble N 1-3 mg N g -1 Phacelia, green leaves, C/N Water + ND soluble N >3 mg N g -1 Turnip-rape, green leaves, C/N 8 Hemp, green leaves, C/N 14 Oilseed rape, whole, C/N 9, green leaves, C/N , pods, C/N Days after start of incubation Alhainen helppoliukoisen typen määrä johtaa maan mineraalitypen sitoutumiseen kasvijätteen hajotuksessa. Korkea helppoliukoisen typen määrä johtaa nopeaan kasvijätteen typen vapautumiseen ja maan mineraalityppipitoisuuden nousuun. Kokonais- ja liukoisen typen analyysit.8 Mineralisoituneen hiilen osuus Timotei Kokonaistyppi ja liukoiset typet.7..5 PerunaRae Komposti 1 N kg/tn Lanta_KokN 1:5 vesiuutto 1: vesiuutto Lanta_LiukN Komposti 2 Komposti Perunajauhettu Biojätekomposti Hevosen turvelanta Separoitu mädätyksen kuiva-osa S. lietelanta kuivaosa +saostus S. neste + saostus KuivaosaRae Puhdistamoliete SianLietelanta Perunakuorirakeet hajoavat nopeasti

4 2 18 Maan epäorgaaninen typpi Lietelannan vaikutus maan epäorgaaniseen typpeen 15C lämpötilassa N mg/kg kuivaa maata Voimakas typen immobilisaatio, 5 kk:n jälkeen vapautuminen alkanut Maa Perunajauhettu PerunaRae Komposti2 Lantahumus Lietelannan vaikutus maan epäorgaaniseen typpeen 4C lämpötilassa MaaNO3-N MaaNH4-N LietelantaNO3-N LietelantaNH4-N RaiheinäNO3-N Ammoniumin nitrifikaatio nopeaa 15C, raiheinän korkean C/N immobilisoi typpeä. 5 mg CO2-C / 1 kg soil CO2-C production / 1 kg soil 1 g plant N mg/kg MaaNO3-N MaaNH4-N LietelantaNO3-N LietelantaNH4-N No Digested Ammonium nitrifioituu hitaasti 4C lämpötilassa.

5 Percentage of added C decomposed CO2-C % of added Digested SewSludgeCompF minn mg/kg No Digested SewSludgeCompF No Digested SewSludgeCompF Orgaanisen materiaalin hajoaminen kuvattuna simulointimallissa osa hiilestä poistuu hiilidioksidina, osa siirtyy humukseen ja osa jatkaa kierrossa Jansson: CoupModel C ddecompl =hajonnut C CN Litter = jätteen C:N -2 f= hiilen kiertovakio cn=mikrobien C:N (1)

6 Esimerkki hiilen ja typen kierron laskemisesta COUP-mallissa Hiilityppi-suhteen ja hiilidioksidin tuoton vaikutus maan epäorgaaniseen typpeen C kg/ha N kg/ha C/N C hajoaa * 1 C ilmaan.3*5 C humus C takaisin N vapautuu.7*5.3*5 5*(1/13)*(.7/1) =materiaalin hajoamisvakio 1/vrk.3 = hengityksessä poistuvan hiilen osuus.7= humukseen sitoutuvan hiilen osuus.3 = kierrossa säilyvän hiilen osuus.7 = maassa säilyvä hiilifraktio Typpitarve (kg) /1 kg kasvinjätteen hiiltä hajoaa C/N.7 =3% hiilestä hengitykseen.5=5% hiilestä hengitykseen Kasvinjätteen hiilityppi-suhteen vaikutus maan epäorgaaniseen typpeen (CN = 13 ja 8) 1 Maan epäorgaanisen typen muutos, kg/ha aika, vrk