Miljøeffekter af nitrifikationshæmmere

Nitrifikationshæmmere – Hvordan virker de? 

Kvælstofgødning er vigtigt for at sikre et godt udbytte af en høj kvalitet i mange landbrugsafgrøder. En stor del af kvælstofgødningen består af ammonium. I jorden omdannes ammonium til nitrat gennem en naturlig proces, som kaldes nitrifikation, der består af to trin (figur 1). På grund af sin negative ladning har nitrat langt højere risiko for at blive udvasket end ammonium. 

Hæmning af nitrifikation kan bidrage til en bedre kvælstofudnyttelse, og til det formål er en række nitrifikationshæmmere (kaldes også nitrifikationsinhibitorer, NI) blevet udviklet. NI er kemiske forbindelser, som bremser første trin af nitrifikationen i en periode, hvilket gør, at ammonium forbliver længere på ammoniumform i jorden. Dette er med til at reducere udvaskningen af kvælstof fra rodzonen i perioder med overskudsnedbør. Det er også primært i den forbindelse, vi i dag ser NI anvendt. NI anvendes nemlig fortrinsvis ved forårsudbringning af husdyrgødning til majs, hvor der i år med høj forårsnedbør på sandjord kan ske en kvælstofudvaskning.

Ud over effekten på kvælstofudvaskning har flere undersøgelser vist, at NI kan påvirke udledning af drivhusgasser fra marken. Det skyldes, at drivhusgassen lattergas (se fakta boks) er et biprodukt af nitrifikation og et mellemprodukt i denitrifikation, hvor nitrat omdannes til frit kvælstof under iltfrie forhold (Figur 1). Derfor er NI blandt de foreslåede virkemidler til at reducere drivhusgasudledningen fra dyrkningsjorden[1]. 

KLIMINI - Nitrifikationshæmmere undersøgt under danske forhold

Mange internationale studier har undersøgt effekten af nitrifikationshæmmere for at dokumentere en reduktion af landbrugets lattergasudledningen. Før brugen kan anbefales i dansk landbrug, er der behov for at dokumentere tilsvarende effekter under danske forhold samt at undersøge, om der er utilsigtede miljøeffekter. Effekter kan være på for eksempel jordbundsorganismer, som regnorme, mikroleddyr, svampe og bakterier, der på hver deres måde har stor indflydelse på jordbundens processer og sundhed. Effekter på jordbundsorganismerne kan derved have negative konsekvenser. Derudover er det vigtigt at undersøge risikoen for udvaskning af nitrifikationshæmmerne og deres nedbrydningsprodukter. 

I projektet KLIMINI (Klima- og miljøeffekter af nitrifikationshæmmere) undersøges disse effekter i såvel marken som i laboratoriet. Projektets formål er at sikre, at brugen af nitrifikationshæmmere reducerer drivhusgasudledning fra dansk landbrug, at det ikke forårsager uønskede effekter på jordbundens organismer og endelig at undersøge risikoen for udvaskning. Projektet startede i 2019 og består af flere forskellige dele. 

Det indeholder blandt andet to markforsøg ved henholdsvis Aarhus Universitet på Foulumgård ved Viborg på lerblandet sandjord (JB 4) og ved København Universitet på Højbakkegård ved Høje Taastrup på sandet lerjord (JB 5). Begge steder undersøges effekten af NI på drivhusgasemissioner under anvendelse af handels- og husdyrgødning. Derudover undersøges effekten af NI på de tidligere nævnte jordbundsorganismer. 

Desuden blev der i et majsforsøg i Sønderjylland udtaget vandprøver for at undersøge, om der er en risiko for udvaskning af NI, og der udføres en række laboratorieforsøg med fokus på økotoksikologiske effekter på jordbundens organismer. 

I denne artikel kan du læse om, hvordan miljøeffekter undersøges i projektet, og hvad de foreløbige resultater indikerer.

Nitrifikationshæmmere undersøgt i projektet

Der findes flere forskellige nitrifikationshæmmere på markedet. I dette projekt undersøges fire forskellige produkter med forskellig aktivstoffer. Produkterne Entec og Vizura indeholder begge aktivstoffet DMPP (3,4-dimethylpyrazole phosphate). Entec er en handelsgødning med DMPP coatet på gødningen, mens Vizura iblandes gylle før udbringning på marken. N-lock er ligeledes et produkt til iblanding i flydende gødninger, og det indeholder aktivstoffet nitrapyrin. Det sidste produkt er Piadin, som indeholder aktivstofferne 1H-1,2,4-triazol og 3-metylpyrazol. Dette produkt er også til iblanding i flydende gødning. 

Fælles for de fire forskellige nitrifikationshæmmere er, at deres effektivitet afhænger af en række forskellige kemiske, fysiske og biologiske faktorer. Disse faktorer omfatter egenskaber ved det enkelte aktivstof (hvor flygtigt, opløseligt og stabilt det er), klimatiske faktorer (temperatur, nedbør), jordens egenskaber (pH, tekstur, indhold af organisk stof) og sammensætningen af jordbundens organismer. 

Markforsøg under danske forhold

I 2020 undersøgte vi miljøeffekten af NI ved dyrkning af vårbyg. De foreløbige effekter af NI på jordens regnorme, mikroleddyr og mikroorganismer blev undersøgt i to markforsøg på hhv. Foulumgård og Højbakkegård, hvor NI blev tilført sammen med handels- eller husdyrgødning. Inhibitorer og gødning blev udbragt i forbindelse med forårssåning af vårbyg i foråret 2020 (det resulterede i 10 forskellige kombinationer, se tabel 1). Tre uger efter såning (april-maj) og efter høst (september) blev der udtaget jordprøver til analyse af jordbundens organismer. 

Effekter på jordbundens organismer

Når utilsigtede effekter af et kemisk stof til landbrug skal undersøges, foregår det oftest ved at undersøge stoffets effekt på en bestemt gruppe af organismer. Vi undersøgte effekten på regnorme, enkytræer samt mikroleddyr som springhaler og mider, som alle er almindelige dyr i en sund jord. Dyrene blev talt og identificeret ved traditionel morfologisk bestemmelse og ved analyse af miljøDNA (environmental DNA, eDNA).

Foreløbige resultater viser, at der ikke var statistiske signifikante effekter på regnorme i maj og september 2020. Dog blev der i maj 2020 fundet negative effekter af NS og UAN/Piadin på springhaler ved Højbakkegård (figur 2), mens NS/DMPP, PS/DMPP og PS/Piadin stimulerede antallet af mider på Foulumgård (figur 3). Figur 2 og 3 viser kun resultaterne for dyr, hvor der blev fundet signifikante effekter og kun for 2020. 

Jordens mikrobielle samfund

Jordens mikroorganismer (især bakterier og svampe) spiller en afgørende rolle i nedbrydningen af organisk stof i jorden. For at vurdere jordens kvalitet og miljøeffekten af NI er det derfor vigtigt at undersøge mikroorganismernes omsætning af kulstof. Med en såkaldt MicroResp^TM analyse kan mikroorganismernes nedbrydning af forskellige kulstofkilder og samtidig dannelse af CO₂ ved respiration bestemmes. Mikroorganismernes omsætning af syv forskellige kulstofkilder blev undersøgt med MicroResp 3 uger efter gødning og NI-tilførsel i foråret 2020. 

Foreløbige resultater kan ses i figur 4, der er et principal component analyse (PCA) plot, hvor procenten ved den enkelte akse angiver, hvor stor en del af variationen i data, der beskrives i plottet. Desto tættere punkterne er på hinanden, desto mindre forskel er der mellem dem. Effekten af lokaliteten og gødningstypen var langt større end effekten af NI behandlingen tre uger efter gødning og NI behandling. Mere detaljerede analyser viste dog bl.a., at alle tre NI i svinegylle fik respirationen til at falde, både i Højbakkegård og Foulumgård.

Med nye moderne laboratorie-teknikker er det nu enklere at undersøge mere komplekse dynamikker i jorden. Ved at udvinde DNA og RNA, som er organismernes arvemasse, er undersøgelser af jordens mikrobielle samfund mere tilgængelig end før, hvilket betyder, at jordens mikrosvampe og bakterier kan blive undersøgt nærmere og ændringer som følge af jordbehandlinger herunder NI tilførsel kan eftersøges.
Jordprøver blev indsamlet for at ekstrahere DNA og RNA, og efter en række molekylærbiologiske metoder kunne effekter af NI på jordens svampe og bakteriesamfund undersøges.

Resultaterne fra 2020 antyder, at Vizura, N-lock og Piadin har en begrænset eller ingen effekt på bakterie- og svampesamfundene i jorden på kort sigt. Der var derimod en tydelig statistisk signifikant forskel i biodiversiteten af især svampesamfund men også af bakteriesamfund, når vi sammenlignede de to lokaliteter (figur 5). 

Af alle fundne svampeslægter, der viste signifikant forskel, kom ca. 35 % af dem fra Højbakkegård og ca. 65 % fra Foulumgård. Næsten dobbelt så mange svampe i jorden ved Foulumgård var altså påvirket, hvilket er som forventet, da NI generelt virker mere effektivt i sandjord sammenlignet med lerjord. Lerjord adsorberer nemmere NI og organisk materiale således, at NI bliver mindre tilgængelig for de bakterier, der er ansvarlige for nitrifikation og som NI skulle hæmme1. Bakterier, fundet i forsøget, var ikke påvirket ved brugen af NI, men derimod af gødningstypen og lokaliteten, som favoriserede bestemte bakterieslægter.

I vækstsæsonen 2021 undersøges effekten af NI i vinterhvede med samme gødningsregime på de to forsøgsstationer. Jordprøver og dyr er indsamlet og analyseres nu i laboratorierne. Resultaterne vil foreligge senere i 2022. 

Klimaforskningsprojektet KLIMINI jour.nr. 33010-NIFA-19-726 er finansieret af Landbrugsstyrelsen.

Forfattere: Artiklen er udarbejdet i samarbejde med forfattere fra Aarhus Universitet: Mille Anna Lilja, Zivile Buivydaite, Paul Henning Krogh, Rumakanta Sapkota, Anne Winding