Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Phosphorus is the single most potent contributor to eutrophication of freshwater and has also been shown to contribute to the toxic algae blooms in the Baltic sea. The
dynamics and paths of losses of phosphorus from arable lands are not fully understood.
It is known that phosphorus can be lost directly from plant material to water.
In studies where plant material has been subjected to several freeze-thaw cycles, large amounts of phosphorus have been lost. Most studies have been conducted
under field conditions, with many factors effecting the measured losses of phosphorus, such as weather and type of soil. This study was performed in a controlled environment without the presence of soil. Instead of soil, small glass beads were mixed with the plant materials in vessels, to make possible homogeneous leaching with water through the mixture of glass beads and plant materials.
In this study, clover, ryegrass and dry straw were cut to pieces, approximately 2 cm long. Fresh, frozen and dried plant material from clover and ryegrass were mixed with the glass beads and incubated though 43 days. Straw was only studied dried. At 7 occasions, the samples were leached with water. The leached water was then analyzed for inorganic and total phosphorus released from the plant materials.
The results showed that the plant materials released 212 to 1216 mg phosphorus per kg dry matter during the first day. Dried material released the largest and fresh material the least amounts of phosphorus. After two days, 45-57 % of phosphorus in the dried materials had been released, 34-35 % in frozen materials and 9-13 % in fresh materials. The release of phosphorus declined after the first two days in dried and frozen materials, while the release continued or increased from the fresh materials.
After 43 days, 57-69 % of phosphorus in the dried materials had been released, 49-51 % from the frozen materials and 42-50 % from the fresh materials.
Differences between frozen and fresh materials were not significant at the end of the experiment. In the beginning, primarily inorganic phosphorus was released, while later in the experiment, more organic phosphorus was released, especially from clover. Fresh grass on the other hand increased the release of inorganic phosphorus almost until the end of the experiment.
Calculations showed that if the results were scaled up to field conditions, the release of phosphorus from plant material during winter and spring in cold climate could contribute to significant losses of phosphorus from arable lands. I a worst case scenario, about 3 kg of phosphorus per hectare could be released from a ley with frozen grass and clover during the winter. If surface runoff would occur from 10 % of the surface, leaching from plant material could contribute with more than 0.2 kg of phosphorus loss per hectare of farmland.

Fosfor är den viktigaste faktorn för övergödning i sötvatten och bedöms även bidra till de kraftiga algblomningarna i Östersjön. Dynamiken och förlustvägarna för fosfor som läcker från jordbruksmark till vattendrag är dock inte fullt förstådda. Det är känt sedan tidigare att fosfor kan läcka från växtmaterial i kontakt med vatten. Försök har visat att frysning av växtmaterial kan öka frigörelsen av fosfor. Försök med upprepade frys- och tö-cykler har visat att en stor andel av fosforinnehållet i växterna kan förloras. De flesta försök kring detta har dock gjorts i fält där många faktorer påverkar frigörelsen, så som väder och jordart.
Detta försök gjordes i en kontrollerad miljö utan jord närvarande. Istället för jord användes glaskulor som blandades med växtmaterialen i kärl för att möjliggöra homogen lakning med vatten genom blandningen av glaskulor och växtmaterial. I försöket användes rödklöver, rajgräs och torr halm som sönderdelades till ca 2 cm långa bitar. Från klöver och gräs togs prover ut som torkades i ett led och frystes i ett led. Växtmaterialet blandades med glaskulorna och inkuberades under 43 dagar. Vid 7 tillfällen under experimentet lakades proverna ut med vatten som sedan ana-lyserades för oorganisk fosfor och totalt fosforinnehåll som frigjorts från växtmate-rialet.
Resultaten visade att växtmaterialet frigjorde mellan 212 och 1216 mg fosfor per kg torrsubstans under den första dagen. Torkat växtmaterial frigjorde mest fosfor och färskt frigjorde minst den första dagen. Efter två dagar hade motsvarande 45-57 % av totala fosforinnehållet frigjorts från de torkade proverna. Från de frysta pro-verna var motsvarande siffra 34-35 % och från de färska endast 9-13 %. Efter de två första dagarna sjönk frigörelsen kraftigt i de torkade och frysta leden, medan de färska leden fortsatte att frigöra fosfor i en högre hastighet. Efter 43 dagar hade 57-69 % av fosforinnehållet frigjorts från de torkade proverna, 49-51 % från de frysta och 42-50 % från de färska proverna. Skillnaden mellan frysta och färska prover var inte signifikanta i slutet av försöket. I början av försöket frigjordes främst oorganisk fosfor, medan det under senare delarna av försöket frigjordes mer organisk fosfor, framförallt från klöver. Färskt gräs var ett undantag, där frigörelsen av oorganisk fosfor fortsatte att öka nästan till slutet av experimentet.
Beräkningar visade att resultaten översatta till fältförhållanden skulle kunna in-nebära att fosfor som frigörs från växtmaterial kan vara en betydande källa till fos-forförluster i lantbruket. I en typisk blandvall skulle i värsta fall över 3 kg fosfor per hektar kunna frigöras under vintern efter frysning och vid ytavrinning från 10 % av arealen skulle frigörelse från fryst växtmaterial kunna bidra med över 0,2 kg fosfor-förluster per hektar från bevuxen åkermark.