Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Låg förekomst av växttillgänglig fosfor är en begränsande faktor för grödors tillväxt på många odlingsmarker. Under det senaste århundrandet har odlare i allt högre utsträckning kommit att använda mineralgödsel för att kunna erhålla tillräckligt stora skördar. Råfosfat, som används som råvara vid framställning av mineralgödselmedel, är en ändlig resurs. En framtida brist på råfosfat kan komma att äventyra den globala matsäkerheten. Utöver det är överanvändning av mineralgödsel förknippat med negativ miljöpåverkan, såsom övergödda akvatiska ekosystem. Möjligheter finns dock att effektivisera fosforanvändandet inom jordbruket. Lantbruk, industri och stad producerar kontinuerligt stora mängder fosforinnehållande avfall. Olika restprodukter kan återföras till odlingsmarker i högre utsträckning än vad det idag görs, i strävan att sluta de antropogena fosforkretsloppen.

Det här arbetet tar upp ett urval fosforinnehållande restprodukter, där vissa redan idag återförs i stor utsträckning medan andra kan ha potential till att användas i högre grad. Dessa skiljer sig gällande påverkan på markegenskaper, såsom näringskoncentrationer, mullhalt, markstruktur och påverkan på mikroliv.

Arbuskulär mykorrhiza (AM) är en vanligt förekommande symbios mellan växter och vissa grupper av svampar som kan gynna växters forsforupptag. Att gynna förekomst av AM inom jordbruket har föreslagits vara en faktor för ett mer hållbart fosfornyttjande. Många biotiska och abiotiska faktorer påverkar förekomst av AM. Arbuskulära mykorrhizasvampar (AMF) missgynnas ofta av förhöjda halter av växttillgänglig fosfor till följd av mineralgödsling. I flertalet av de studier som inkluderats i detta arbete har tillförsel av restprodukter gynnat förekomst av AM, vilket i sin tur lett till gynnande av grödors fosforupptag.

Risker med föroreningar som i olika utsträckning förekommer i restprodukter är ett omdiskuterat problem. Vid förekomst av tungmetaller och organiska föroreningar har det konstaterats att mykorrhizakoloniserade rötter i vissa fall kan begränsa bioackumulering av gifter. Många svåröverblickbara faktorer spelar dock in och i vissa fall kan ett ökat upptag av föroreningar istället erhållas. Det verkar därför inte vara ett alternativ att förlita sig på rotkolonisering för att säkra giftfria grödor.

Utifrån litteraturen som inkluderats i detta arbete dras slutsatsen att det finns stora möjligheter till att recirkulera fosfor i högre utsträckning än vad det görs idag. Tillsammans med arbuskulära mykorrhizasymbioser kan det bidraga till ett mer hållbart fosfornyttjande. Det kan finnas behov av att utveckla enkla analysmetoder för att kunna analysera jordbruksmarkers AMF-status, så att odlare kan välja rätt åtgärder för att upprätthålla markens AMF-samhällen. Vid förädling av moderna grödor har ibland grödors AMFkompatibilitet försämrats. Därför finns det potential för nutida förädlare att ta fram grödor som är mer kompatibla med AMF. Det är dock viktigt att föroreningshalter i restprodukter hålls under bestämda gränsvärden för att inte riskera att jordbruksmarker och grödor kontamineras. Här kan certifierings- och övervakningssystem ha en roll att spela. Utöver det kan det vara fördelaktigt att använda moderna tekniker för att extrahera koncentrerade föroreningsfria fosfatföreningar ur avfall.

On many arable fields the low presence of plant available phosphorus is a limiting factor for crop growth. Over the past century the usage of mineral fertilizers has increased, for growers to be able to secure sufficient yields. Rock phosphate, which is the raw material in production of mineral fertilizers, is a finite resource. A future shortage of mineable raw phosphates may endanger global food security. In addition to this, overuse of mineral fertilizers is associated with adverse environmental impacts, such as eutrophication of aquatic ecosystems. However, there are possibilities for more efficient phosphorous usage in agriculture/horticulture. Agriculture, industry and cities continuously produce large amounts of phosphorus-containing waste products. In the pursuit of closing the anthropogenic phosphorus cycle, phosphorus-containing residues could be returned to the fields in a greater extent than today.

This bachelor thesis addresses a selection of phosphorus-containing residues, some of which are already to a large extent being recycled, while others have the potential to be reused to a greater extent. The impact on soil characteristics, such as nutritional concentrations, organic matter content, soil structure and impact on micro-life, differ between the different waste products.

Arbuscular mycorrhiza (AM) is an often occurring symbiosis between plants and certain groups of fungi that are known to be able to favour plant growth. It has been proposed that promoting the presence of AM can be beneficial in creating a sustainable phosphorus utilization in crop production. Many biotic and abiotic factors affect the occurrence of AM. Arbuscular mycorrhiza fungus (AMF) are often disadvantaged by elevated concentrations of plant available phosphorus, as a result of mineral fertilization. In most of the studies included in this thesis, the additions of waste products have favoured the presence of AM, which in turn has led to increased plant phosphorus uptake.

Pollution that occurs in various waste products is an often discussed issue. It has been found that mycorrhiza colonized roots in some cases may limit the bioaccumulation of toxins. However, many complex factors are involved. In some cases increased uptake of contaminants may be obtained instead. Therefore, it does not appear to be an option to rely on root colonization to ensure crops free from contaminants.

Based on the literature included in this work, one can conclude that there are good opportunities for recycling phosphorus to a greater extent than today. Together with arbuscular mycorrhiza, it can contribute to a more sustainable phosphorus utilization. It could be needed to develop easy-to-use analytical methods to analyse the AMF status in soils, so that growers can choose the right measures to maintain the field's AMF populations. The breeding of modern crops has sometimes resulted in decreased AMF compatibility. Therefore, there are potential for breeders of today to breed new crop varieties that are more compatible with AMF. However, it is important that pollutants in waste products are kept below certain limits in order to avoid the risk of contaminating farmland and crops. Certification- and monitoring systems can play a role in that pursuit. In addition, it may be advantageous to use modern techniques to extract concentrated pollutant-free phosphate compounds from waste products.