I denne delen av arbeidspakke 2 har vi studert en rekke forskjellige avfallsprodukter og deres kvalitet som fosforgjødsel

Vi har gjennomført forsøk med 15 ulike produkter for å lære mer om deres effekt som fosforgjødsel, og for å finne ut om fosforeffekten kan beskrives med hjelp av enkle lab metoder.

Produktene som vi har hatt med i forsøk er basert på husdyrgjødsel, fiskeslam (ekskrementer og fôrrester), matavfall eller avløpsvann (se faktaboks).

Veksthusforsøk

I et veksthusforsøk ble alle produktene tilsatt i en mengde som tilsvarer 3 kg P/daa. Plantetilgjengelighet av fosfor i disse produktene ble sammenlignet med ingen fosforgjødsling og med mineralfosfor i to ulike mengder, tilsvarende 1,5 og 3 kg P/daa.

Alle andre næringsstoffer enn fosfor ble gitt som næringsløsning for å sikre at det var kun fosfortilgangen som begrenset planteveksten.

Vi dyrket bygg hvor vi høstet hele planten når aksene begynte å bli synlig. Plantene har gjort unna det meste av næringsopptaket når de kommer til dette vekststadiet.

Pot experiment P.png
Figur 1. Venstre: Veksthusforsøk rett etter spiring, høyre: veksthusforsøk rett før høsting. Foto: Anne Falk Øgaard

Forsøket ble gjennomført både med to typer jord:

  • et næringsfattig vekstmedium (sand blandet med torv)
  • en naturlig dyrkingsjord (leirjord)

Leirjordas innhold av lett tilgjengelig fosfor, målt som P-AL, var 5,5 mg/100 g jord. Ved dette P-AL-nivået er det anbefalt å gjødsle med like mye fosfor som det som fjernes med avlingene.

Til tross for et P-AL nivå i leirjorda som tilsier behov for fosforgjødsling, fikk vi ikke respons på tilført fosfor i veksthusforsøket. Potter uten fosforgjødsel ga like høyt fosforopptak i plantene som potter med fosforgjødsel. I pottene med sand/torv ble det tydelig effekt av fosforgjødsling, og vi viser resultatene av denne delen av forsøket her.

Året etter brukte vi pottene med sand/torv-blandingen i et nytt veksthusforsøk for å klarlegge ettervirkningen av gjenværende fosfor i de organiske gjødselproduktene sammenlignet med mineralfosfor.

Plantetilgjengelighet av fosfor

Figur 2 viser tilgjengeligheten av fosfor i produktene, målt som fosformengde i plantene som ble høstet i veksthusforsøket.

Fig 1 P norsk.png
Figur 2. Fosforopptak i plantene etter gjødsling med forskjellige avfallsbaserte fosforgjødselprodukter sammenlignet med opptak etter gjødsling med mineralgjødsel eller ingen fosforgjødsling (grønne kolonner: husdyrgjødsel, blå kolonner: fiskeslam)

Husdyrgjødselprodukter som var avvannet ved mekanisk separasjon viste god effekt som fosforgjødsel. Den gode gjødseleffekten kan forklares med at fosfor hovedsakelig forelå i form av lett tilgjengelige uorganiske forbindelser.

Fiskeslamprodukter som var avvannet og deretter tørket hadde lavere fosforeffekt enn husdyrgjødselprodukter og mineralfosfor. Dette kan forklares med at fosfor i fiskeslamprodukter i stor grad forelå som stabile kalsiumfosfater.

Biokull basert på grisegjødsel eller fiskeslam hadde lav virkning som fosforgjødsel, sannsynligvis fordi pyrolyseprosessen omdannet fosfor i utgangsproduktene til tungt løselige kalsiumfosfater.

Struvitt viste en god fosforeffekt i dette forsøket, selv om struvittfosfor ikke var løselig i vann eller bikarbonat.

I figur 2 er bare forskjeller som er større enn cirka 9 mg P/potte statistisk sikre. Dette skyldes variasjon mellom gjentakene for de enkelte gjødseltypene. Det betyr at det ikke kan legges vekt på forskjeller mellom de ulike gjødseltypene som er mindre enn 9 mg P/potte.

Lave fosforeffekter til fiskeslamprodukter og biokull ble ikke kompensert med høyere fosfortilgjengelighet under ettervirkningsforsøket. Det vil si at fosforet i disse produktene ikke ble mer løselig over tid.

Se NIBIO rapport 7(30) for mer informasjon fra forsøket.

Feltforsøk

I tillegg til veksthusforsøket gjennomførte vi et feltforsøk for å undersøke fosforeffekten til et utvalg av de organiske gjødselproduktene som vi hadde med i veksthusforsøket. Jorda var en leirjord med P-AL 5,5. Gjødselproduktene ble tilført årlig i mengder tilsvarende 3 kg P/daa/år.

I 2018 ga feltforsøket svært lave avlinger på grunn av det uvanlig tørre og varme været. I 2019 var vekstforholdene bedre. Likevel førte gjødselbehandlingene ikke til signifikante forskjeller i avling og fosforopptak i kornet i 2019.

Tilførsel av 3 kg P/daa to år på rad ga et betydelig overskudd på fosforbalansen. Jordanalysene viste likevel at det bare var mineralfosfor som ga en tydelig økning i jordas P-AL-verdi. Overskuddet av fosfor fra de organiske gjødselproduktene påvirket i liten grad jordas innhold av lett tilgjengelig fosfor. Dette bekrefter resultatene fra veksthusforsøket hvor vi observerte liten eller ingen ettervirkning av de organiske gjødselproduktene.

Se NIBIO rapport 7(30) for mer informasjon fra forsøket.

Enkel metode kan si noe om fosforeffekten til organisk gjødsel

Den beste og mest nøyaktige måten for å klarlegge fosforkvaliteten i organiske gjødselprodukter med ukjent fosforeffekt, er å måle fosforopptaket i planter etter gjødsling i veksthus- eller feltforsøk. Slike standardiserte og systematiske vekstforsøk er imidlertid både tidkrevende og kostbare.

For å få til fosforresirkulering i praksis, trenger vi enkle kjemiske analysemetoder som kan beskrive fosforkvaliteten i nye gjødselprodukter, og som kan erstatte tidskrevende og kostbare vekstforsøk.

Gjødselvareforskriften pålegger ekstraksjon av fosfor med ammoniumlaktat, en såkalt P-AL-analyse, for å gi informasjon om fosforkvaliteten i organiske gjødselprodukter. Tidligere forsøksresultater tyder på at det ikke nødvendigvis er noen god sammenheng mellom fosforeffekten og P-AL-fraksjonen i det organiske gjødselproduktet.

De 15 gjødselproduktene ble derfor analysert med flere aktuelle analysemetoder:

  • Vannløselig P
  • P-AL
  • Olsen P
  • Sitratløselig P

Tre av analysemetodene (vannløselig P, P-AL, Olsen P) ble gjennomført både etter standard metode og med et større væske:gjødsel forhold under ekstraksjonen enn standard.

Filter Lars Sandved Dalen.jpg
Figur 3. Vi analyserte fosfor i gjødselproduktene med ulike relevante ekstraksjonsmetoder. Foto: Lars Sandved Dalen

Vi sammenlignet analyseresultatene med fosforopptaket i plantene i veksthusforsøket, for å vurdere om de enkelte analysemetodene kan bestemme produktets gjødseleffekt. Vi tok ikke hensyn til struvitt i disse vurderingene fordi fosfor i struvitt er kjent for å være lite løselig i flere typer ekstraksjonsløsning, til tross for høy plantetilgjengelighet.

I våre tidligere forsøk har Olsen P pekt seg ut som bedre metode enn de andre for å beskrive fosforkvaliteten. Denne gangen kom modifisert Olsen P mye bedre ut enn vanlig Olsen P, og forklarte cirka 60 % av variasjonen i fosforopptak mellom gjødselproduktene.

Også P-AL, vannløselig- og sitratløselig P kom godt ut, og forklarte så mye som cirka 50 % av variasjonen i fosforopptak mellom gjødselproduktene.

KONTAKTPERSON
Avfallsbaserte gjødselprodukter

Vi inkluderte disse produktene i våre forsøk: 

  • Storfegjødsel, separert trinn 1 (skrupresse)
  • Storfegjødsel, separert trinn 2 (filtrering)
  • Storfegjødsel, utråtnet og separert
  • Grisegjødsel, separert
  • Grisegjødsel, utråtnet og separert
  • Grisegjødsel, biokull
  • Hestegjødsel, kompostert
  • Fiskeslam 1, tørket
  • Fiskeslam 2, biokull
  • Fiskeslam 3, kompostert og tørket
  • Fiskeslam 4, tørket
  • Fiskeslam 5, tørket
  • Fiskeslam 6, ubehandlet
  • Biorest, matavfall/husdyrgjødsel
  • Struvitt (NH4MgPO4), utvunnet fra biologisk avløpsslam

De første to produktene er fra samme storfegjødsel, men tatt ut fra ulike trinn i separeringsprosessen. 

Alle fiskeslamtypene er fra ulike settefiskanlegg, og behandlet med ulik teknologi.

Publikasjoner

Sammendrag

The aim of this study was to contribute to closing global phosphorus (P) cycles by investigating and explaining the effect of fish sludge (feed residues and faeces of farmed fish) and manure solids as P fertiliser. Phosphorus quality in 14 filtered and/or dried, composted, separated or pyrolysed products based on fish sludge or cattle or swine manure was studied by sequential chemical fractionation and in two two-year growth trials, a pot experiment with barley (Hordeum vulgare) and a field experiment with spring wheat (Triticum aestivum). In fish sludge, P was mainly solubilised in the HCl fraction (66 ± 10%), commonly being associated with slowly soluble calcium phosphates, and mean relative agronomic efficiency (RAE) of fish sludge products during the first year of the pot experiment was only 47 ± 24%. Low immediate P availability was not compensated for during the second year. Thus efforts are needed to optimise the P effects if fish sludge is to be transformed from a waste into a valuable fertiliser. In manure solids, P was mainly soluble in H2O and 0.5 M NaHCO3 (72 ± 14%), commonly being associated with plant-available P, and mean RAE during the first year of the pot experiment was 77 ± 19%. Biochars based on fish sludge or manure had low concentrations of soluble P and low P fertilisation effects, confirming that treatment processes other than pyrolysis should be chosen for P-rich waste resources to allow efficient P recycling. The field experiment supported the results of the pot experiment, but provided little additional information.

Sammendrag

Fosforkvaliteten i 15 organiske gjødselprodukter ble undersøkt med hjelp av kjemiske analysemetoder, og i potte- og feltforsøk. Husdyrgjødsel viste bedre fosforeffekt enn fiskeslam og biokull. Struvitt viste også god effekt sammenlignet med mineralfosfor. Fosfor i de organiske produktene forelå hovedsakelig som ulike kalsiumfosfater, og det var godt samsvar mellom fosforkvaliteten og opptak i planter. Andelen bikarbonat (NaHCO3)-løselig fosfor i organiske gjødselprodukter kan brukes som indikator på fosforkvaliteten (lav, medium, høy) men kan ikke brukes for nøyaktig predikering.