Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Kalkning är en åtgärd som bidrar till att förbättra åkerjordens beskaffenhet och höja grödors avkastningspotential. Det finns flera olika typer av kalkning. Ett exempel är traditionell kalkning som syftar till att höja pH i jorden genom tillförsel av kalkstensmjöl. En annan typ av kalkning som blivit allt vanligare på framför allt lerjordar är så kallad strukturkalkning, vilket i flera försök har visat sig ge en markstrukturförbättrande effekt genom stabilisering av lerpartiklar i jorden.

Begreppet strukturkalk används för bränd kalk (CaO) och släckt kalk (Ca(OH)2) men används idag också ofta för blandningar av bränd och/eller släckt kalk tillsammans med kalkstensmjöl (CaCO3). Kalciumet i bränd och släckt kalk är kemiskt bundet som antingen oxid eller hydroxid, vilket skiljer dem från kalkstensmjöl där kalcium är kolsyrabundet som kalciumkarbonat. Kalciumoxid och kalciumhydroxid är känt för att vara betydligt mer lättlösligt än kalciumkarbonat. De kan snabbt avge stora mängder kalciumjoner efter spridning och nedbrukning i gynnsamma förhållanden. Det snabba frigörandet av kalciumjoner utlöser en kedja av reaktioner som tillsammans resulterar i att ge stabiliserande och strukturförbättrande effekt på lerkolloiderna i jorden. Strukturkalk har således en positiv effekt på markstrukturen på lerhaltiga jordar.

I den aktuella studien har strukturkalkens effekt på aggregatstabilitet och aggregatstorleksfördelning (brukbarhet) i såbädden på lättleror studerats. En praktisk undersökning innefattande provtagning och analys har genomförts på sex olika försöksplatser runt om i Skåne, våren 2017. Dessa försök var alla upplagda som blockförsök där de behandlade leden hösten 2015 tillfördes strukturkalk (4 ton CaO per ha) eller kalkstensmjöl (4 ton CaO per ha). De två behandlingsleden jämfördes dels med varandra och dels med ett led som lämnats obehandlat.

Vid undersökningen av såbäddens aggregatstorleksfördelning sållades jorden till tre olika fraktioner: >5 mm, 2–5 mm, <2 mm. Aggregatstabiliteten undersöktes genom mätningar av turbiditet (grumlighet) i dräneringsvatten från jordprov som utsatts för regnsimulering. Värdena från de två undersökningarna analyserades med ANOVA utifrån signifikansnivån 5 %. Statistisk signifikans förelåg om p <0,05.

Resultaten från aggregatstorlekskategoriseringen visade att de led som behandlats med kalkstensmjöl hade ett statistiskt signifikant lägre innehåll av aggregat i den grövre kategorin (>5 mm) jämfört med de obehandlade leden (p = 0,016). Likaså sågs en tendens till att såbädden i de led som tillförts strukturkalk eller kalkstensmjöl innehöll en större mängd finjord (aggregat <2 mm) än vad den gjorde i de obehandlade leden (p = 0,069).

Turbiditetsmätningarna, som mätte aggregatstabiliteten, visade att dräneringsvattnet från jorden i de behandlade leden hade signifikant lägre turbiditet (grumlighet) än det som kom från de obehandlade leden (p = 0,000).

Detta examensarbete har genom provtagningar i fältförsök och litteraturstudier lett fram till följande slutsatser:

- Strukturkalk och kalkstensmjöl hade positiv inverkan på aggregatstorleksfördelningen i såbädden på lättleror. Försöken visade att jord som behandlats med kalkstensmjöl hade ett signifikant lägre innehåll av grova aggregat (>5 mm) än jord som var obehandlad (p = 0,016). Strukturkalk och kalkstensmjöl tenderade att göra jorden mer lättbrukad på våren, vilket gav en större mängd finjord (<2 mm aggregat) utan att sätta in fler jordbearbetande överfarter.

- Behandling med strukturkalk eller kalkstensmjöl kan öka aggregatstabiliteten i såbädden på lättleror, vilket minskar risken för partikulära fosforförluster till vatten som dräneras genom matjordsprofilen.

- Kalkstensmjöl hade bättre effekt på aggregatstorleksfördelning (brukbarhet) och aggregatstabilitet (turbiditet) i såbädden på lättleror än vad som var förväntat.

- Bra markförhållanden och rätt anpassad metod vid nedbrukning och inblandning är avgörande för att nå önskad effekt av den utförda kalkbehandlingen. Det är av stor vikt att kalkprodukten brukas ner och blandas in till det djup som jorden normalt brukas.

Limning is a measure that enhances soil quality and raises crop yield potential. There are different types of lime, an example is traditional liming with limestone powder to raise pH. Another type of lime treatment becoming more common on clay soils is structure liming. Results from several field trials has shown that structure liming improves soil structure through stabilisation of the clay aggregates. Structure lime is a concept that refers to either burnt lime (CaO) or slaked lime (Ca(OH)2), but is also commonly used for mix products that consist burnt or slaked lime and limestone powder (CaCO3). The calcium in burnt and slaked lime is chemically bound as oxide or hydroxide, which is their main difference from limestone powder, in which calcium is carbonic acid bound as calcium carbonate. Calcium oxide and calcium hydroxide have a higher solubility compared to calcium carbonate. They can rapidly release big amounts of calcium ions after being spread and tilled down into the soil. The rapid release of calcium ions starts a chain of reactions that improve soil structure by stabilising the clay aggregates. Thereby structure lime will only be able to improve soil structure on clayey soils.

The aim of the present study was to investigate the impact of structure lime treatment on aggregate stability and aggregate size distribution in seedbed on loamy clay soils. Lime products were spread and tilled down in soil in six different field trials in the county of Skåne, Sweden, in fall 2015. The soil in the field trials had a clay content of 19-27 %. The trials were arranged as randomised block design containing three different treatments: K1 – untreated, K2 – limestone powder (4 tons CaO per hectare), K3 – structure lime “Nordkalk Aktiv Struktur” (4 tons CaO per hectare). The field work including sampling and analysing of soil was completed in the same six field trials in spring of 2017.

When analysing the aggregate size distribution, the soil was sifted into three size categories: >5 mm, 2-5 mm, <2 mm averages aggregate diameter. The aggregate stability of aggregates in the middle fraction 2-5 mm was investigated through turbidity tests, where the soil samples were treated with rain simulations. The turbidity was measured in the water drained from the soil samples. All results were statistically analysed with ANOVA, using the confidence level of 5 %. Results were statistically significant when p <0,05.

The results from analysing seedbed aggregate size distribution showed that plots treated with limestone powder had significantly fewer coarse aggregates (>5 mm) compared to the untreated plots (p = 0,016). The soil in plots treated with structure lime and limestone powder had a tendency of containing more fine aggregates (<2 mm) compared to the soil in untreated plots (p = 0,069).

Turbidity tests showed that water drained through soil treated with either of the two lime products had a significantly lower turbidity than water that had been drained through untreated soil (p = 0,000). This indicates a higher aggregate stability in soil treated with structure lime or limestone powder.

The following conclusions are based on the present field studies and studying the literature:

- Structure lime and limestone powder had a positive impact on aggregate size distribution in seedbed on loamy clay soils. Results showed that soil treated with limestone powder had significantly less coarse aggregates (>5 mm) as compared to untreated soil (p = 0,016). Structure lime and limestone powder tended to make the soil easier to till in the spring, which increased the seedbeds content of fine aggregates (<2 mm) without further cultivation passes.

- Treatment with structure lime or limestone powder enhanced aggregate stability and decreased turbidity in water drained through the seedbed.

- Limestone powder had a better impact on seedbed aggregate size distribution and aggregate stability in loamy clay soils than expected.

- Soil conditions and method for tilling down the lime product are critical factors for lime treatment results. It is important that the lime product is tilled down and mixed in at a depth where the soil is normally cultivated.