| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Nitratreduktion i den umætttede zone

5 Denitrifikation under umættede forhold – feltstudier

• 5.1 Danske og udenlandske undersøgelser
• 5.2 Udenlandske undersøgelser

5.1 Danske og udenlandske undersøgelser

Christensen (1984) målte kvælstoftabet ved dannelsen af lattergas (N₂O) i marken. Målingerne blev gennemført på Roskilde forsøgsstation i perioderne fra 12. april til 19. juli 1983 og 10. april til 1. juli 1984 efter tilførsel af to forskellige mængder kalkammoniumsalpeter (40 og 160 kg N/ha/år) og to forskellige mængder svinegylle (25 og 100 t/ha/år). Tabet af kvælstof ved denitrifikation fra denne lerjord (jordtype JB6) viste sig at være meget højere i 1983 end i 1984. Foråret 1983 (april og maj) var således karakteriseret ved at være meget nedbørsrigt (omkring 3 gange normalen) hvorimod foråret 1984 (april og maj) var karakteriseret ved en lavere nedbørsmængde end normalt. Den høje nedbørsmængde i 1983 bevirkede, at jordens vandindhold forblev omkring vandmætning i gennem en længere periode end normalt. I det forholdsvis tørre forår i 1984 var kun sted på parcellen med tilførsel af store mængder svinegylle der havde et tab ved denitrifikation nogenlunde svarende til det året forinden. Dette skyldtes at store mængder organisk stof i gyllen øgede den biologiske aktivitet og dermed iltforbruget i jorden, hvorved den lavere ilspænding gav bedre betingelser for denitrifikationensprocessen. I gennem måleperioden i 1983 varierede det samlede tab mellem 29 og 70 kg/N/ha hvor det for samme periode i 1984 varierede mellem 6 og 32 kg N/ha. De største tab forekom typisk fra de parceller med den største tilførsel af kvælstof. I juni måned i 1983 og 1984 varierede tabet generelt mellem 1 og 11 kg N/ha. Supplerende målinger gengivet i Christensen (1985c) viste et yderlig tab af kvælstof på mellem 1 og 2 kg N /ha for perioden 20. juli til 15. november 1983. I samme publikation revurderede Christensen resultaterne fra forsøgsparcellerne for 1984 og fik hermed et summeret tab for perioden 10. april til 2. juli 1984 på 4-8 kg N/ha for de to parceller med tilførsel af kalkammoniumsalpeter og den lavtgødede gylleparcel og 35 kg N/ha for parcellen med den høje tilførsel af svinegylle. Supplerende målinger for perioden 3. juli til 1. december viste dette år et yderligere tab på 4-11 kg N/ha for de tre førstnævnte parceller og 34 kg N/ha for den svinegylle gødede parcel med den største tilførsel af kvælstof.

Maag videreførte undersøgelserne på Roskilde forsøgsstation og fandt for de to efterfølgende år for perioden april til november samlede tab på 6-114 kg N/ha. For foråret (april-maj) 1987 måltes et tab af kvælstof svarende til 7-124 kg N/ha, tabel 3.

I en statusskrivelse over den eksisterende viden om denitrifikationsprocessen og dens omfang i danske landbrugsjorde beskriver Maag et al. (1987) det årligt tab af kvælstof ved denitrifikation til mellem 2 og 45 kg N ha-1 afhængig af jordtype. Enkelte højere værdier (60-70 kg N ha-1 år-1) tilskrives, at beregningerne er baseret på kun få målinger. Desuden viste feltundersøgelser gennemført i perioden 1985-1987 af denitrifikationen fra henholdsvis en kunstgødet og en gyllegødet forsøgsparcel, at den største denitrifikation forekom i det meget tidlige forår, kort tid efter at gødningen er tilført. De højeste aktiviteter blev målt i dagene lige efter, at frosten er gået af jorden og dermed hvor jorden stadig er kold.

Tabel 3. Tab af kvælstof (kg N/ha) ved denitrifikation igennem måleperioden i årene 1983-1987 for Roskilde forsøgsstation (Christensen, 1984, Christensen 1985c og Maag et. al, 1987).

Ernstsen et al. (1990) undersøgte i perioden oktober 1988 til maj 1990 jordvandets sammensætning under 3 marker i oplandet til Syv Bæk. På markerne, der var domineret af moræneler, blev bl.a. koncentrationen af nitrat målt i 3 eller 4 dybder inden for intervallet 0,6 til 1,6 meter. Opsamlingen af jordvand skete ved brug af sugeceller (teflon) der vedvarende var pålagt et svagt vakuum. Den maksimale koncentration af nitrat (ca. 200 mg NO₃ L^-1) blev målt i 0,6 meters dybde i december måned under vinterhvede, der fulgte efter en ærteafgrøde, hvor den maksimale koncentration under andre afgrødetyper (byg/hvede/raps) blev målt til maximalt ca. 140 mg NO₃ L^-1. Koncentrationen af nitrat varierede mest i jordvand opsamlet i 0.6 eller 0,7 meters dybde. I de dybereliggende målepunkter blev udviklingen i koncentrationen af nitrat sig over tid bestemt ved bl.a. vandets bevægelsesmønster (herunder dispersion og diffusion), tilskud og forbrug af nitrat (inkl. fortyndning (forskel mellem nedbør og fordampning), mineralisering, planteoptagelse og denitrifikation. De mange faktorer der spillede ind på koncentrationen af nitrat gjorde det ikke muligt at beregne denitrifikation alene på baggrund af de foretagne målinger. Ved begyndelsen af april varierede koncentrationen af nitrat fra mellem ca. 5 og ca. 120 mg NO₃ L^-1 i de undersøgte dybder, typisk med de laveste værdier under vinterhvede, der allerede var etableret på det pågældende tidspunkt.

In situ denitrifikationen undersøgelser ved acethylen inhiberingsteknik for kerner udtaget fra topjorde viste over perioden 1987-90 et tab pr. år på ca. 7 kg N ha-1 for den lerholdige jord ved Askov og maksimalt 1 kg N ha-1 for den sandede jord ved Jyndevad (Debosz et al., 1991). Ved Askov varierede den daglige denitrifikationsrate mellem 0,0001-0,1 kg N ha^-1 dag^-1 med relative store tab (0,1 kg N ha-1 dag-1) fra det NPK-gødede areal i forårsperioden 1989. I vækstsæsonen blev denitrifikationsraten målt til mindre end 0,01 kg N ha^-1 dag^-1 og i efterperioden nåede denitrifikationsraten kun sporadisk over denne værdi. På forsøgsfeltet med tilførsel af svinegylde forekom, med kun få undtagelser, ingen signifikante forskelle i denitrifikationsraten hen over året. På sandjordparcellen var denitrifikationsraten meget lav ved tilførsel af såvel svinegødning som handselsgødning. Supplerende hyppige målinger efter tilførsel af svinegylde viste ikke nogen stigning i tabet af kvælstof ved denitrifikation

Olesen (2001) undersøgte omfanget af nitratreduktionen i den umættede zone på sandjode under tilførsel af maksimale mængder husdyrgødning. Undersøgelserne blev gennemmenført på fem sandjordarealer ved henholdsvis Lyne, Fjelstervang, Skindbjerg og Jyndevad, hvor sidstnævnte var repræsenteret ved i alt to arealer. I tre dybder (1, 2 og 3 meter under terræn) blev der etableret keramiske sugekopper til opsamling af vand i den umættede zone eller der blev anvendt allerede installeret udstyr. De indsamlede vandprøver blev analyseret for bl.a. nitrat, ammonium, totalt indhold af kvælstof og opløst organisk kvælstof (DOC). Ved Lyne, hvor grundvandsspejlet varierede mellem 3,5 og 4,7 meter gennem måleperioden, var indholdet af nitrat forholdsvis lavt og nogenlunde ens i de tre dybder. Det lave indhold (1,8-2,8 mg NO₃-N L^-1) tilskrives afgrøden, slætgræs, der effektivt forbruger tilførte næringsstoffer og vand. Ved Fjelstervang, hvor grundvandsspejlet varierede mellem 2,5 og 3,6 meter gennem måleperioden, er det kun vandprøver indsamlet i de to øverste niveauer, der udelukkende er repræsentative for den umættede zone. Her varierer det gennemsnitlige indhold af nitrat mellem 17,7 og 19,2 mg NO₃-N i henholdsvis 1 og 2 meter og det er først under grundvandsspejlet (mættede forhold) at koncentrationen af nitrat aftager således at vandet i 10 meter under terræn fremstår nitratfrit. Ved Skindbjerg ligger grundvandsspejlet forholdsvis dybt og er registreret i 9.7 til 10,3 meter under terræn i måleperioden. Indenfor de øverste 8 meter lå den typiske gennemsnitlige koncentration af nitrat forholdsvis højt og målt til omkring 13 mg NO₃-N pr. liter. Ved Jyndevad I er det kun det øverste niveau i 1 meter, der forbliver umættet i gennem hele måleperioden, idet grundvandsspejlet her varierer mellem 1,9 og 2, 5 meter gennem måleperioden. Indholdet af nitrat i grundvandszonen er forholdsvis lavt (2,4 mg NO₃-N L^-1) her sammenlignet med de koncentrationer, der typisk er målt under grundvandsspejlet (10-23 mg NO₃-N L^-1). Ved Jyndevad II er indholdet af nitrat 3-4 mg NO₃-N i 1 og 2 meters dybde og ca. dobbelt så højt i 3 meters dybde (9 mg NO₃-N pr L^-1) i 3 meters dybde. På baggrund af det foreliggende datamateriale fra de her nævnte 5 lokaliteter blev konklusionen at der tilsyneladende ikke foregår en denitrifikation af betydning i den umættede zone. Derimod var der tegn på denitrifikation i den mættede zone på flere lokaliteter betinget af pyrit eller brunkul.

Som nævnt konkluderede Olesen (2001) at der ikke skete en denitrifikation i den umættede og temporært mættede zone ved Fjelstervang. På baggrund af en senere gennemgang af koncentrationsforløb gennem måleperioden og nye beregninger fra denne lokalitet konkluderede Vinther og Olsen (2003) imidlertid, at der skete en nitratreduktion på mindre end 5 % i den umættede zone (fra 2.5 til 3.6 meter), hvorefter reduktionen steg til ca. 45 % i den temporært mættede zone og 70-80 % i den mættede zone. Forfatterne vurdere at tabet i den umættede zone primært skyldes denitrikation, hvorimod opblanding med grundvand sandsynligvis er en medvirkende årsag til den tilsyneladende høje nitratreduktion i den temporært og permanent mættede zone. Det anføres desuden at resultaterne fra de resterende 4 lokaliteter nævnt i Olesen (2001) ikke havde et klart koncentrationsforløb gennem den forholdsvis korte måleperiode og derfor ikke var fundet egnet for en nærmere analyse (Vinther og Olsen, 2003).

Vinther og Olsen (2003) bruger ligeledes grundvandets kemiske sammensætning i forskellige niveauer ved en beregning af denitrifikationens størrelse indenfor 5 landovervågningsoplande, de såkaldte LOOP-områder, der omfatter 2 oplande på sand og 3 oplande på ler. På baggrund af gennemsnitsværdier for nitratkoncentrationen beregnet for forskellige niveauer er beregnet en reduktion i nitratkoncentrationen som vist i tabel 4. Vinther og Olsen (2003) har på baggrund af de i tabellen viste koncentrationer af nitrat beregnet at der fra 1,5 meter til 3 meter sker en reduktion i nitratindholdet på i gennemsnit ca. 40 %, og i jordlagene fra 3 meter til 5 meter sker der yderligere en reduktion på mellem 4 % og 46 %. Vinther og Olsen (2003) anfører at den mest sandsynlige forklaring at denne reduktion i nitratkoncentrationen skyldes denitrifikation i de temporært vandmættede jordlag nær grundvandsspejlet eller i den øverste dels af grundvandsmagasinet.

Tabel 4. Gennemsnitlige koncentrationer af nitrat (mg NO₃ L^-1) i grundvand fra forskellige dybder beregnet for perioden 1990-2002. Tal i parentes angiver den procentvise reduktion i forhold til dybden ovenover (efter Vinther og Olsen, 2003 og Grant et al., 2002).

5.2 Udenlandske undersøgelser

Verdegem og Baert (1984) undersøgte tabet af kvælstof under 4 landbrugsjorde (2 på sand og 2 på lerjord) i Belgien og konkluderes på baggrund af målinger af redox potentiale og analyser af jordvand (til beregning af bl.a. Cl/NO₃ forholdet), at biologisk denitrifikation var begrænset til rodzonen. Omfanget af den biologiske denitrifikation på disse lokaliteter, med ringe dybde til grundvand, viste sig at være begrænset til forår og sensommerperioderne hvor samspillet mellem jordtemperatur og jordfugtighed var mest optimalt. Indholdet af opløst kulstof på de fire lokaliteter blev målt til 9-12 mg C L^-1 i 0,5 meters dybde og mellem 1 og 9 mg C L^-1 i 2-4 meters dybde, med untagelse af en enkelt dybde hvor der blev målt 30 mg C L^-1. Forfatterne anfører at kemisk denitrifikation ikke kan udelukkes i de dybde jordlag, men vil her afhænge af de naturlige mineralogiske egenskaber, hvor specielt ferrojern i lerholdige jorde nævnes.

I en undersøgelse af den biologiske denitrifikation under umættede forhold på arealer med forskellig arealanvendelse (bl.a. skov, landbrug og gartneriarealer) foreslå Isemann og Henjes (1989) en beregning af det biologiske denitrifikationspotentiale, hvor 1 kg opløst kulstof (DOC) svarer til et denitrifikationspotentiale på 0.93 kg NO₃-N. Indholdet af DOC blev målt i et vandigt ekstrakt, som tidligere også anbefalet af bl.a. Katz m.fl. (1985) og Lalisse-Grundmann (1988). På baggrund af forsøgsresultaterne blev det konkluderet, at den største indhold af DOC findes ned til 2-3 meters dybde under såvel landbrugsarealer, permanente græsningsarealer samt gartneriarealer, hvorfor potentialet for biologisk denitrifikation ligeledes vil være begrænset til denne zone. Indholdet af DOC menes at stamme fra nyvækst af rødder samt organisk forbindelser fremkommet i forbindelse med rodvæksten.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Juli 2005, © Miljøstyrelsen.