Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Within agriculture it is important to optimize the use of nitrogen, not only from an economic point of view but also to minimize damage to the environment. This can sometimes be difficult, especially within organic farming. Organic farmers are using increasing amounts of waste products from the food industry to cover their nitrogen needs. These different organic fertilizers release nitrogen at different rates and under specific soil conditions. Because of this, it would be beneficial to have a standardized method to measure the amount and rate of nitrogen mineralization from organic fertilizers.

This project contributes to this knowledge by investigating whether relatively simple and
repeatable laboratory methods can be used to estimate the nitrogen fertilizer value of organic fertilizers. Incubation in a climate chamber was used to measure the mineralization rate, while water extraction was used to investigate possible relationships with mineralization in the incubation for four organic fertilisers: chicken manure, cattle slurry, Biofer (bonemeal) and Vinasse (waste product from the yeast industry). The objective was to evaluate whether these methods could reliably predict mineralization under field conditions. Incubation results were therefore compared with those of prior incubations under natural temperatures in field conditions.

The four fertilizers were mixed with soil and incubated in a climate chamber (15°C) for 56
days. Samples were removed on six occasions and the amount of mineral nitrogen was measured. The results showed that there was rather rapid mineralization from Biofer and
Vinasse during the first two weeks (45-50 % of total N). After this period, no net nitrogen mineralization could be seen. Both chicken manure and slurry contained rather high amountsof mineralized nitrogen at the start (35-40 % of total N), but during the first week they showed net nitrogen immobilization, which is common with manure. In the second week the chicken manure showed rapid nitrogen mineralization (mineral N increased 10 percentage units to 50 % of total N), probably due to mineralization of urea, after which time net mineralization stopped. However, the slurry continued to show slow net mineralization (only a few percent) to the end of the 56-day period. Between 35-50% of the total nitrogen in all four fertilizers appeared to be in mineral form two weeks after application. To measure true mineralization, we would need more information on immobilization. The nitrogen appeared to be present in two different pools, one readily degradable and one more resistant to degradation.

Incubation in the laboratory showed approximately the same mineralization potential (40-50 % of total N) as incubation at field temperature, although variation between fertilizers was larger in the field. Attempts were made to predict net N mineralization in terms of daydegrees, to allow laboratory values to be converted to field conditions. However, this proved difficult, probably because there are too many processes involved. Nitrification, on the other hand, seemed easier to predict in terms of day-degrees.

Comparisons of incubation results with nitrogen and carbon in water extracts revealed a weak relationship between amount of total nitrogen extracted in warm water and amount of total mineralized nitrogen extracted in the incubation.

I dagens moderna jordbruk är det viktigt att optimera användandet av kväve, både ur
ekonomisk- och miljömässig synvinkel. Detta kan vara särskilt svårt inom det ekologiska
jordbruket där det dels kan vara svårt att tillgodose kvävebehovet och dels svårt att styra
kvävet så att det finns tillgängligt när det behövs. Det ekologiska jordbruket använder även
allt mer restprodukter från diverse industrier för att klara sitt kvävebehov. Dessa olika
restprodukter innehåller till stor del organiska kväveföreningar som måste brytas ner och
frigöras för att kunna tas upp av växter. Det skulle vara önskvärt med en standardiserad metod
för att kunna ta reda på hur mycket av, och hur snabbt detta kväve kan frigöras.
Detta projekt försöker bidra med kunskap inom detta område genom att utreda hur man med
relativt enkla och upprepningsbara laboratoriemetoder kan värdera organiska gödselmedel
med hänsyn till deras kväveeffektivitet. Inkubation i klimatskåp (15°C) och vattenextraktion
testades på fyra olika gödselmedel. I inkubationsförsöket mättes hur snabbt kvävet
mineraliserades. Vattenextraktionen gjordes för att utreda eventuella samband med
mineraliseringen i inkubationsförsöket. Syftet var att utvärdera om metoderna kunde vara
pålitliga för att förutsäga hur mycket som mineraliserades efter gödsling i fält. Inkubationerna
jämfördes därför med tidigare utförda inkubationer under naturliga temperaturförhållanden i
fält.
De organiska gödselmedlen blandades med jord och inkuberades i klimatskåp under 56 dagar.
Vid 6 olika tidpunkter under denna period togs prover ut där mineralkväveinnehållet mättes.
Resultatet visade en ganska snabb mineralisering från BioVinass (restprodukt från
jästframställning) och Biofer (kött och benmjöl) under de första två veckorna. Därefter
förekom ingen ytterligare nettomineralisering. Både nötflytgödsel och kycklinggödsel
innehöll en relativt stor del ammoniumkväve från början. Här förekom därför en
nettoimmobilisering under den första veckan. Den andra veckan syntes en kraftig
mineralisering från kycklinggödseln, vilket troligen berodde på nedbrytningen av urea. Efter
den andra veckan förekom ingen ytterligare nettomineralisering. Nötflytgödseln däremot
visade en långsam nettomineralisering ända fram till dag 56. Mellan 35 och 50 % av det totala
kväveinnehållet hos gödselmedlen var i mineralform efter de första två veckorna. Därefter
verkade mineraliseringen avta helt förutom hos nötflytgödseln. Detta tyder på att kväve kan
delas in i en mer lättnedbrytbar och en mer svårnedbrytbar fraktion.
Inkubation på lab visar ungefär samma inkubationspotential som i fält, även om den i fält
varierar mer mellan gödselmedel. Försök gjordes också att förutspå nettomineraliseringen
med hjälp av daggrader, för att kunna översätta labvärdena till fältförhållanden. Detta visade
sig svårt. Däremot fungerade det bättre att förutspå nitrifikationen med hjälp av daggraderna.
När inkubationsresultaten jämfördes med vattenextraktionerna verkade det kunna finnas ett
svagt samband mellan andelen varmvattenextraherat kväve och andelen mineraliserat kväve i
inkubationsförsöken bortsett från BioVinassen.