Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Using the Introductory Carbon Balance Model, ICBM, five different crop rotations with rye
1. Rye-Ley-Ley-Rye-Beans-Rye
2. Rye-Rye-Rapeseed-Rapeseed
3. Rye-Ley-Ley-Rye-Potatoes-Rye
4. Rye-Rye-Potatoes-Wheat
5. Rye-Rye-Potatoes-Beans-Wheat-Rye-Potatoes-Rapeseed
were tested theoretically in four different cultivation scenarios
• Straw left on the field, biogas digestate added as fertilizer. Labelled “+straw+BD”.
• Straw left on the field, only synthetic fertilizer. Labelled “+straw-BD”.
• Straw harvested, biogas digestate added as fertilizer. Labelled “-straw+BD”.
• Straw harvested, only synthetic fertilizer. Labelled “-straw-BD”.
on clay soil with 1 %, 2 % or 2.5 % carbon in top soil at start of the simulation. The term biogas digestate refers (in this case) to the slurry that remains after organic material, primarily food waste or animal manure, has been used for biogas production. For rotations with ley, a case where ley was used for biogas production and the resulting digestate was spread on the fields was also tested with all scenarios.
Simulations were run over 48 years, and the results compared with respect to soil carbon effects and crop yield (by mass of total solids, energy and protein yield, as well as straw and bio fuel potential to replace fossil fuels), weighted to find the best performing crop rotation with rye, and the best cultivation methods.
As expected, use of biogas digestate had a strong positive effect on soil carbon. Crop rotations with ley could not be shown to be more beneficial than those without in this study, especially not when crop yield was considered, unless the ley was used for biogas production and the digestate spread on the field. Straw harvest did, as expected, lower soil carbon stocks but given the potential reduction of greenhouse gas emissions when straw replaces oil as a fuel for heating, harvesting straw can still be recommended. The emission reduction is approximately five times larger than the potential carbon sink effect of the soil when straw is tilled back into the field, due to rapid degradation of fresh plant material in soil.
The best rotation, in terms of yield relative to carbon effects, was found to be Rye-Rye-Potatoes-Wheat, highly productive (high yield of total solids, energy and protein, low yield of straw, no biofuels) and with a mostly neutral carbon effect on normal, healthy soils. The best rotation from a soil carbon perspective was found to be Rye-Ley-Ley-Rye-Potatoes-Rye with ley used for biogas production. The yield of food crops from this rotation was relatively low.
The spreadsheet model used for simulations in this study is described in the report and can easily be modified and used for other studies, or for getting a rough idea of the yield and carbon effects of other crop rotations.

Med hjälp av en modell för markkolsmodellering, ICBM, The Introductory Carbon Balance Model, testades fem olika växtföljder
1. Råg-Vall-Vall-Råg-Bönor-Råg
2. Råg-Råg-Raps-Raps
3. Råg-Vall-Vall-Råg-Potatis-Råg
4. Råg-Råg-Potatis-Vete 5.
5. Råg-Råg-Potatis-Bönor-Vete-Råg-Potatis-Raps
teoretiskt med fyra olika odlingsmetoder
• Halmen skördas ej, rötrest används som gödselmedel. Märkt med ”+straw+BD”.
• Halmen skördas ej, endast mineralgödsel används. Märkt med ”+straw-BD”.
• Halmen skördas, rötrest används som gödselmedel. Märkt med ”-straw+BD”.
• Halmen skördas, endast mineralgödsel används. Märkt med ”-straw-BD”.
på lerjord med 1 %, 2 % eller 2,5 % kol i matjorden i början av simuleringen. Med rötrest avses, om inget annat anges, i första hand rest från rötning av matavfall eller gödsel från djur. För växtföljder med vall testades även ett alternativ där vallen rötades och rötresten spreds på fälten tillsammans med alla fyra odlingsmetoder.
Alla scenarier simulerades i 48 år, och resultaten jämfördes med avseende på markkoleffekter och avkastning (massa torrsubstans, energiinnehåll och proteinavkastning, samt möjligheterna att ersätta fossila bränslen med producerad halm och biobränslen) för att hitta den sammantaget bästa växtföljden och odlingsmetoden.
Som väntat hade användning av rötrest en kraftigt positiv effekt på markens kolinnehåll. Fördelar med växtföljder med vall jämfört med växtföljder utan vall kunde inte påvisas i denna studie, framförallt inte när skördens storlek (avkastningen) vägdes in, förutsatt att inte vallen rötades och rötresten spreds på åkern. Att skörda halm bidrog som väntat till en sänkning av markens kolförråd, men med tanke på den potentiella minskningen av växthusgasutsläpp när olja för till exempel uppvärmning ersätts med halm kan halmskörd ändå rekommenderas. Minskningen av utsläpp är ungefär fem gånger så stor som den potentiella kolsänkan när halmen plöjs ned, eftersom färskt växtmaterial snabbt bryts ned i marken.
Den bästa växtföljd som testades i denna studie var Råg-Råg-Potatis-Vete, med stora skördar (hög avkastning räknat i torrsubstans, energi och protein, låg avkastning av halm, inga biobränslen) och med huvudsakligen neutral kolbalans på normala, sunda jordar. Den bästa växtföljden ur ett markkolsperspektiv var Råg-Vall-Vall-Råg-Potatis-Råg, om vallen rötades. Denna växtföljd hade dock relativt låg avkastning av för människan ätbara grödor.
Den Excel-modell som användes vid simulering är beskriven i rapporten och kan enkelt modifieras och användas i andra studier, eller för att få en ungefärlig bild av vad man kan förvänta sig i termer av skörd och kolbalans för andra växtföljder.