Rit LbhÍ nr. 176

Hækkun sýrustigs ræktunarjarðvegs

Gunnhildur Gísladóttir og Hrannar Smári Hilmarsson

Landbúnaðarháskóli Íslands, 2025

Rit LbhÍ nr. 176

ISSN 1670-5785

ISBN 978-9935-512-55-0

Verkefnið var styrkt af Þróunarsjóði nautgriparæktar

Höfundur/Ritstjóri: Gunnhildur Gísladóttir og Hrannar Smári Hilmarsson Ljósmynd á forsíðu:Gunnhildur Gísladóttir

Landbúnaðarháskóli Íslands starfar á sviði sjálfbærrar auðlindanýtingar, búvísinda, umhverfisvísinda, skipulagsfræði og matvælaframleiðslu á norðurslóðum. Fagfólk skólans nýtur akademísks frelsis og hefur sjálfdæmi við val á viðfangsefnum, túlkun niðurstaðna og birtingu þeirra, innan ramma starfsreglna skólans. Hlutverk Rits LbhÍ er að miðla faglegri þekkingu en það er ekki ritrýnt. Efni hvers rits er á ábyrgð höfunda og ber ekki að túlka sem álit Landbúnaðarháskóla Íslands.

Samantekt

Þar sem gott landbúnaðarland er af skornum skammti er aukin áhersla á að auka framleiðni á hvern hektara. Það verður ekki gert nema með því að huga að jarðvegi þar sem hann er forðabúr næringarefna fyrir plöntur. Sé jarðvegur of súr dregur það úr aðgengi plantna að nauðsynlegum næringarefnum. Íslenskur jarðvegur er breytilegur á milli landshluta og getur verið steinefnaríkur eða lífrænn. Þar sem mikið er um rigningar og lítið um áfok er algengt að jarðvegur sé súr þar sem næringarefni skolast úr jarðveginum og lítið berst í hann af basískri

eldfjallagjósku. Til þess að hækka sýrustig jarðvegs hefur verið notast við kalkefni á borð við áburðarkalk, skeljasand og dólómít kalk og hafa þessi efni sýnt jákvæð áhrif. Þó hafa þau einn ókost, þau losa koltvísýring út í andrúmsloftið við niðurbrot. Basísk bergefni á borð við svartan fjörusand losa hins vegar ekki koltvísýring við niðurbrot og hafa erlendar rannsóknir sýnt fram á að möguleiki sé að nota þau til hækkunar sýrustigs í ræktunarjarðvegi.

Markmið þessarar rannsóknar er kanna virkni þeirra efna sem notuð hafa verið til fjölda ára á Íslandi ásamt því að athuga hvort mögulegt sé að nýta innlend bergefni á borð við svartan sand til hækkunar sýrustigs ræktunarjarðvegs og kanna áhrif þess á uppskeru. Niðurstöður sýndu að mögulegt er að nýta innlend basísk bergefni til hækkunar sýrustigs í jarðvegi en skeljasandur og dólómít kalk gefa meiri svörun til skemmri tíma litið.

1

Inngangur

Jarðvegur sem forðabúr næringarefna fyrir plöntur, inniheldur nær öll nauðsynleg næringarefni og miðlar þeim til gróðurs og jarðvegslífs (Þorsteinn Guðmundsson, 2018). Plöntur taka næringarefni upp úr jarðvegi í gegn um rætur, en næringarefnin eru þeim mis aðgengileg eftir byggingu og samsetningu jarðvegs (Þorsteinn Guðmundsson, 1994). Þar sem mannkyninu fer ört fjölgandi verður eftirspurn eftir matvælum stöðugt meiri. Landbúnaðarland er hins vegar af skornum skammti og er því aukin áhersla á að auka framleiðni á hverja flatarmálseiningu. Útbreiðsla landbúnaðarlands hefur náð hámarki sínu (FAO, 2024). Með tilkomu tilbúins áburðar og plöntukynbótahefurframleiðni áhvernhektaraaukist til muna. Þaðhefur hins vegar haft í för með sér aukna jarðvegshnignun þar sem ekki hefur verið hugað nægilega að því að skila til baka í jarðveginn þeim næringarefnum sem tekin eru þegar uppskera er hirt (Holland o.fl., 2018).

Plöntur taka næringarefni upp sem jónir, þegar þær taka upp anjónir gefa þær frá sér OH- jónir en þegar þær taka upp katjónir gefa þær frá sér H+ jónir. Alla jafna taka plöntur upp meira af katjónum og verður því meira af H+ eftir í jarðvegi en OH- og lækkar þar með sýrustig jarðvegs.

Jafnvægi verður aftur þegar plöntur visna, við það losnar um næringarefni og katjónir skila sér í jarðveginn (Þorsteinn Guðmundsson, 2018). Þar sem stunduð er langvarandi ræktun og uppskera hirt raskast þetta jafnvægi, sýrustig lækkar og jarðvegshnignun á sér stað. Sé ekki hugað að næringarefnabúskap í jarðvegi kemur það á endanum niður á uppskeru (Holland o.fl., 2018).

Súr jarðvegur dregur úr aðgengi plantna að nauðsynlegum næringarefnum þar sem það hægir á losun næringarefna sem bundin eru við lífræn efni. Það getur því haft verulega takmarkandi áhrif á framleiðni ræktunar. Í súrum jarðvegi er hörgull af aðgengilegum fosfór (P), molybden (Mo), magnesíum (Mg) og kalsíum (Ca) en ofgnótt af áli (Al), járni (Fe) og mangan (Mn) (Li, o.fl., 2018; Kaur, o.fl., 2019). Þessar jónir sem ofgnótt er af geta verið plöntum eitraðar í of miklu magni. Algengasta eitrun sem sést er áleitrun sem hamlar skiptingu rótarfruma og þar með rótarvöxt sem kemur niður á upptöku næringarefna (Msimbira og Smith, 2020). Bygg er einkar viðkvæmt fyrir eitrun af þessu tagi. Einkenni sjást ekki alltaf auðveldlega en geta komið fram sem einkenni næringarefnaskorts þar sem plöntur verða fjólubláleitar, með visna eða gula blaðenda, ung blöð krullast eða krumpast og vöxtur hliðarsprota minnkar (Wang ofl., 2006).

Með því að hækka sýrustig jarðvegs er hægt að draga úr þessum áhrifum.

Skalinn fyrir sýrustig liggur á bilinu pH 1-14 þar sem 7 er hlutlaust, <3,5 er verulega súrt og >9 er verulega basískt. Ákjósanlegt sýrustig til ræktunar nytjaplantna liggur á bilinu pH 5,5-7,0 (Msimbira og Smith, 2020). Algengt er að sýrustig í jarðvegi sé frá 3 upp í 10 Íslenskur jarðvegur er yfirleitt með pH um 4,5-7,0 en getur þó farið hærra eða lægra (Þorsteinn Guðmundsson, 2018). Jarðvegur á Íslandi telst að mestu leiti til eldfjallajarðar (Andosol) þar sem mikil gjóska og áfok er hér á landi en einnig má finna mójörð (Histosol). Eldfjallajörð skiptist í sortujörð, sem einkennist af lífrænum efnum og/eða allófani og glerjörð, sem einkennist af steinefnaríkum jarðvegi (Ólafur Arnalds og Hlynur Óskarsson, 2009).

Steinefnajarðvegur einkennist af því að föst efni eru að stórum hluta steinefni en í lífrænum jarðvegi eru lífræn efni í meirihluta. Þar sem lífræn efni eru í meirihluta er mun meira vatn og hlutfallslega minna loft en í steinefnajarðvegi. Miklar vatnshreyfingar eru í gegn um jarðveg á Íslandi þar sem rigningar eru tíðar. Þannig geta næringarefni auðveldlega skolast úr jarðvegi og við útskolun næringarefna lækkar sýrustig í efstu jarðvegslögum (Þorsteinn Guðmundsson, 1994). Við framræsingu mýra getur sýrustig í efstu lögum lækkað vegna útskolunar og oxunar. Í mýrum þar sem áfok er lítið og úrkoma mikil getur sýrustig verið í kring um pH 4,0 en í steinefnaríkum jarðvegi þar sem basísk sölt hafa safnast upp getur sýrustig verið allt að pH 10 (Þorsteinn Guðmundsson, 2018).

Íslenskar rannsóknir hafa sýnt að jarðvegur á Íslandi sé breytilegur milli landshluta. Meira regn fellur sunnan- og suðvestanlands sem veldur útskolun næringarefna en vestan- og norðvestanlands hefur minna borist af gjósku í jarðveg. Þar af leiðandi er minna af basískum söltum í jarðvegi en í öðrum landshlutum sem leiðir til lægra sýrustigs (Björn Jóhannesson, 1956).

Frá náttúrunnar hendi hefur jarðvegur stuðpúðavirkni sem virkar gegn sýrustigsbreytingum. Þetta er einkum áberandi í jarðvegi sem hefur breytilega hleðslu líkt og einkennir íslenskan jarðveg. Þessi eiginleiki er mikilvægur til þess að halda jafnvægi á jarðvegi en jónaskipti virka þáámóti snöggumbreytingum þarsem H+jónirskiptaút öðrumkatjónumogbindast leirögnum eða lífrænum efnum (Þorsteinn Guðmundsson, 1994). Jarðvegur sem er með mikið af lífrænum efnum eða leir er oftast með mikla stuðpúðavirkni, en sendinn jarðvegur minni. Sýrustigsbreytingar í jarðvegi þar sem stuðpúðavirkni er há og sýrustig lágt gerast því ekki hratt og getur verið nauðsynlegt að nota mikið af kalki til að ná fram breytingum (Knuti o.fl., 1979).

Til þess að minnka súrnun í lífrænum jarðvegi má bæta bergefnum í jarðveginn sem ekki einungis hækkar sýrustig heldur eykur einnig loftun og gerir þannig rótum auðveldara að komast um. Það hefur jákvæð áhrif á upptöku næringarefna þar sem sum næringarefni eru mis

hreyfanleg og verða rætur að geta hreyft sig í átt til þeirra. Bygging jarðvegs verður almennt

stöðugri við hærra sýrustig og jarðvegslíf verður virkara ef sýrustig er ekki of lágt. Flestar jarðvegsörverur dafna best við veiksúrt eða hlutlaust sýrustig líkt og plöntur þannig með því að stilla sýrustig jarðvegs verður örverulíf öflugra og þar með umsetning á lífrænum efnum og

miðlun áburðarefna (Holland o.fl., 2018; Þorsteinn Guðmundsson, 2018). Til þess að hækka sýrustig jarðvegs er gjarnan notast við kalkrík bergefni. Þessum efnum er þá dreift yfir eða blandað við jarðveg og er það einu nafni kallað kölkun. Kölkun losar sem dæmi um fastbundinn fosfór sem leiðir til aukinnar uppskeru. Hversu mikið þarf að nota af kalki fer svo eftir jarðvegsgerð, tegund kalkefna, frjósemi jarðvegs o.fl. (Msimbira og Smith, 2020).

Notkun kalkgjafa á borð við áburðarkalk (CaCO3), dólómít kalk (CaMg(CO3)2) og skeljasand hefur löngum verið þekkt og jákvæð áhrif þess til hækkunar sýrustigs og jarðvegsbætingar. Þessi efni hafa þó einn ókost sem er losun koltvísýrings út í andrúmsloft við niðurbrot (Holland o.fl., 2018).

Formúlan fyrir áburðarkalk er:

CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2 + H2O

Formúlan fyrir dólómítkalk er:

CaMg(CO3)2 =2HCO3 - +Ca2+Mg2+

2HCO3 - +2H+ =2CO2 +2H2O

Ferlið sýnir hvernig efnin Ca og Mg hvarfast við H+ og hækka þannig sýrustig, en um leið myndast CO2 og H2O (Holland o.fl., 2018). Með breyttum áherslum í landbúnaði þar sem áhersla er lögð á að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda er ein áskorun að finna sjálfbæra leið til þess að hækka sýrustig án þess að losa mikið CO2. Íslenskar rannsóknir hafa sýnt mismunandi svörun við kalkgjöfum og er það meðal annars vegna breytileika í veðráttu, jarðvegsgerð og stuðpúðavirkni jarðvegs (Björn Jóhannesson og Kristín Kristjánsdóttir, 1954). Rannsókn Áslaugar Helgadóttur og Friðriks Pálmasonar (1976) á kölkun ræktunarjarðvegs um allt land sýndi að vaxtarauki var í lang flestum tilraunum þar sem kalkað var, en uppskerumunur á kölkuðu og ókölkuðu landi var aðeins marktækur í tilraunum áSuður-ogAusturlandi.Þáhafainnlendarrannsóknirsýnt aðsýrustighækkilínulega í takt við auknar skammtastærðir (Björn Jóhannesson og Kristín Kristjánsdóttir, 1954) en

kornastærð kalkefna hefur áhrif á hversu fljótt efni byrja að verka í jarðvegi og hversu lengi áhrifa þeirra gætir (Sigfús Á. Ólafsson, 1978).

Rannsókn Dietzen, Harrisona og Michelsen-Correa (2018) sýndi fram á að nota megi basísk bergefni til hækkunar sýrustigs með því að líkja eftir náttúrulegri veðrun á bergi. Með því væri

mögulegt að draga úr losun CO2 við kölkun í stað þess að auka hana. Bergefnið þyrfti að

einkennast af veikri glerkenndri uppbyggingu sem væri auðvelt að brjóta niður (Dietzen o.fl., 2018). Gjóskan sem er einkennandi hér á landi er að mestu basísk og veðrast auðveldlega.

Basalt samanstendur mestmegnis af þremur steindum, pýroxen, ólivín og plagíóklasi (Snorri Guðbrandsson, 2013). Við veðrun á basískum bergefnum losna katjónir á borð við K+, Na+ , Mg2+ og Ca2+ sem hafa áhrif á sýrustig jarðvegs (Ólafur Arnalds og Hlynur Óskarsson, 2009).

Formúla fyrir veðrun á pýroxen er:

Ca2Si2O6 + 2H2O + 4H+ → 2Ca++ + 2H4SiO4

Þarna bindast fjórar vetnisjónir og losna tvær kalsíumjónir en enginn koltvísýringur. Auk þess myndast kísilsýrasem hefurjákvæð áhrif ábyggingu jarðvegs (ÞorsteinnGuðmundsson, 2018).

Langt er um liðið frá því að rannsóknir voru gerðar á áhrifum kölkunar á íslenskan jarðveg og er því þörf á nýjum rannsóknum. Markmið þessa verkefnis er að kanna virkni þeirra efna sem notuð hafa verið til fjölda ára á Íslandi ásamt því að athuga hvort mögulegt sé að nýta innlend

bergefni á borð við svartan sand til hækkunar sýrustigs ræktunarjarðvegs og kanna áhrif þess á uppskeru.

2 Efni og aðferðir

Lögð var út tilraun árið 2022 á Hvanneyri í spildu 60, kölluð Bíafra, sem einkennist af mýrarjarðvegi með lágt sýrustig. Ekki hefur verið stunduð endurrækt í spildunni frá því 1970 og tilbúinn áburður ekki borinn á í þó nokkur ár. Spildan hefur þó verið slegin, hirt og borinn á hana búfjáráburður.

Þegar valinn var staður fyrir tilraunina voru tekin fimm jarðvegssýni til að kanna sýrustig jarðvegsins. Sýrustigið var nokkuð breytilegt en meðaltal var pH 5,38 eins og sjá má í töflu 1. Þar sem pH er á log skala var meðaltal reiknað með formúlunni -log_10[(ΣCi)/(n)],þarsem C er styrkur H+ jóna (pH) og n er fjöldi mælinga.

Tafla 1. Meðaltal sýrustigsmælinga í spildu 60 á Hvanneyri áður en land var brotið

Sýni 1 2 3 4 5 Meðaltal

pH 5,39 5,44 5,17 5,50 5,48 5,38

Vorið 2022 var plægður einn hektari úr spildunni þar sem plægingardýpt var 20 cm og stykkið svo fínunnið með pinnatætara. Þá var mælt út og merkt fyrir tilraunareitum. Tilraunin var sett upp í hefðbundnublokkarskipulagiþarsem hvermeðferðkemurfram í þremurendurtekningum (e. randomized complete block design). Meðferðarliðir voru settir upp handahófskennt innan hverrar blokkar fyrir sig. Meðferðarliðir voru 11 talsins og tilraunin því 99 reitir í heildina.

Jarðvegssýni voru tekin til pH mælinga úr hverjum reit fyrir sig eftir plægingu, áður en bergefnum var dreift.

Bergefnum var dreift á reitina samkvæmt tilraunaskipulagi og rakað yfir alla reiti með hrífu til þess að blanda efnum við efstu 5 cm jarðveg og líkja þannig eftir fínvinnslu.

Sáð var í tilraunina þann 4. júní 2022 með tilraunasáningarvél af gerðinni Haldrup SB25. Sáð var 100 kg/ha af byggyrkinu Kríu ásamt 20 kg/ha af grasfræblöndu með vallarfoxgrasi (Tukka, Rubina, Hertta og Snorri), vallarrýgresi (Riikka) og rauðsmára (Peggy ogYngve). Dreift var því sem samsvarar 400 kg/ha af Yara áburði 15 – 7 – 12 (60 kg N/ha, 28 kg P/ha og 48 kg K/ha), um leið og sáð var. Að lokum var valtað yfir með tunnuvalta sem var 1350 kg og gerir það um 565 kg/m.

2.1 Bergefni

Efni sem notuð voru í tilrauninni má sjá á mynd 1, svartur námusandur úr námu á Hvanneyri, grár fjörusandur úr fjörunni við Ós í Hvalfjarðarsveit, skeljasandur frá Björgun í Faxaflóa, dólómít kalk frá Sláturfélagi Suðurlands og áburðarkalk frá Líflandi. Kornastærð var tekin af kalkefnum þar sem þeim var hellt í stafla af kornastærðarsigtum með mismunandi möskvastærðum. Grófasta sigtið efst, fínasta neðst þar sem möskvastærðir voru 4,75, 2,0, 1,4, 1,0 og 0,5 mm. Staflinn var hristur í 20 sekúndur og síðan vigtað úr hverju sigti fyrir sig.

Mynd 1. Efni sem notuð voru til kölkunar ásamt áburði og sáðfræjum. Frá vinstri: svartur sandur, grár fjörusandur, skeljasandur, dólómít kalk, áburðarkalk, tilbúinn áburður, bygg, grasfræblanda.

Kalkefnum var öllum dreift í þremur mismunandi skammtastærðum sem áætlaðar voru út frá ráðleggingum jarðræktarráðunauta Miðskammtursem endurspeglarskammtasem bændurhafa veriðað notavið dreifingu,ríflegurskammturoghóflegurskammtur.Svörtum sandi, fjörusandi og skeljasandi var dreift í 5, 10 og 15 t/ha. Dólómít kalki var dreift í 3, 5 og 10 t/ha og áburðarkalk í 300, 600 og 1000 kg/ha. Þá voru gerðar þrjár blöndur, þar sem blandað var svörtum sandi og áburðarkalki (blanda I), svörtum sandi og dólómít kalki (blanda II), og skeljasandi og áburðarkalki (blanda III). Blöndurnar samanstóðu af 10 t/ha af sandi blandað við 1,5, 2,5 og 5 t/ha af dólómít kalki og 150, 300 og 500 kg/ha af áburðarkalki.

Öllum sandi og tveimur stærstu skömmtunum af dólómít kalki var dreift með Topdresser 2500 en skammtar sem voru undir fimm tonnum á hektara var dreift með höndum.

Vorið 2023 var bætt við áburðarkalki, í sömu skömmtum og áður, á þrjá af sex reitum sem upphaflega fengu áburðarkalk, áburðarkalk II. Á sama tíma var áburður borinn á alla reiti því sem samsvarar 600 kg/ha af 20-10-10 frá Spretti (120 kg N/ha, 31 kg P/ha og 40 kg K/ha). Milli slátta var borði á 30 kg N/ha af Yara, opti-kas 27-0-0.

Yfir vaxtartíma plantna var fylgst með skortseinkennum, mæld hæð plantna og grænkustuðull (NDVI) tekinn með Trimble GreenSeeker tæki.

Uppskorið var 16. ágúst 2022, 13. júlí 2023 og 22. ágúst 2023 með Haldrup F-55 reitasláttuvél. Heildaruppskera af hverjum reit var vigtuð ásamt því að taka sýni til þurrkunar. Sýnin voru

þurrkuð við 60°C í tæpa fimm sólahringa og vigt svo tekin af þurrum sýnunum. Þá var reiknað út heildaruppskera í tonnum þurrefnis á hektara.

Jarðvegssýni voru tekin úr hverjum reit til pH mælinga að hausti bæði árin. Sýrustig jarðvegssýna var mælt með Benchtop pH/mV mæli. Sett var 10g af jarðvegssýni í bikar og 20

ml af afjónuðu vatni, þessu var hrært vel saman og svo látið standa í eina klukkustund. Þá var hrært aftur upp í blöndunni, sýrustigsmælirinn setur í og látinn standa í 90 sekúndur áður en lesið var af mæli. Meðaltal pH sýna var reiknað með formúlunni -log_10[(ΣCi)/(n)],þarsemC er styrkur H+ jóna (pH) og n er fjöldi mælinga. Notast var við Microsoft Excel ásamt

tölfræðiforritinu R í gegnum RStudio (R Core Team, 2022) við úrvinnslu gagna.

3 Niðurstöður

3.1 Uppskera

Niðurstöður uppskeru á fyrsta ári (2022) sýndu að marktækur munur (p<0,05) var á milli nokkurra meðferðarliða sem sjá má í töflu 2. Mest uppskera var af reitum sem fengu blöndu af skeljasandi og áburðarkalki (5,30 t þe/ha) en minnst af viðmiðunarreitum (3,91 t þe/ha) sem fengu enga meðferð. Reitir sem fengu dólómít kalk II, gráan sand, skeljasand og blöndu af skeljasandi og áburðarkalki voru marktækt frábrugðnir viðmiðunarreitum og reitum sem fengu áburðarkalk II. Þá voru svartur sandur, áburðarkalk I og blanda af svörtum sandi og áburðarkalki, einnig marktækt frábrugðin blöndu af skeljasandi og áburðarkalki. Einkenni næringarefnaskorts vegna lágs sýrustigs mátti sjá á byggplöntum (mynd 2)

Mynd 2. Skortseinkenni á byggplöntum árið 2022

Á öðru ári (2023) er bygg horfið úr uppskeru þar sem það er einær planta. Ekki var marktækur munur milli neinna meðferðarliða í fyrri slætti árið 2023 en mest var uppskera 4,05 t þe/ha þar sem blanda af svörtum sandi og áburðarkalki var á reitum og minnst 2,99 t þe/ha þar sem var blanda af skeljasandi og áburðarkalki. Í seinni slætti var blanda af skeljasandi og áburðarkalki með mesta uppskeru (1,51 t þe/ha) marktækt frábrugðin áburðarkalki I sem var með minnsta uppskeru (1,16 t þe/ha). Þegar tekin var saman heildaruppskera fyrir árið 2023 var blanda af svörtum sandi og áburðarkalki með mesta uppskeru (5,38 t þe/ha) marktækt frábrugðin áburðarkalki II sem var með lægsta uppskeru (4,22 t þe/ha).

Tafla 2. Meðaluppskera, tonn þurrefni á hektarra (t þe/ha), þvert á meðferðarliði þar sem blanda I er svartur sandur + áburðarkalk, blanda II er svartur sandur + dólómít kalk og blanda III er skeljasandur + áburðarkalk. Marktæknihópar eru merktir með a, b, c og d.

Bergefni 2022

1.sl. 2023

2.sl. 2023 heild 2023

Blanda III 5,30 a 2,99 a 1,53 a 4,50 ab

Dólómítkalk II 4,88 ab 3,18 a 1,39 ab 4,56 ab

Grár sandur 4,86 ab 3,75 a 1,39 ab 5,12 ab

Skeljasandur 4,85 ab 3,06 a 1,39 ab 4,44 ab

Dólómít kalk I 4,75 abc 3,44 a 1,48 ab 4,91 ab

Blanda II 4,48 abcd 3,77 a 1,41 ab 5,18 ab

Blanda I 4,42 bcd 4,05 a 1,32 ab 5,38 a

Svartur sandur 4,3 bcd 3,40 a 1,24 ab 4,67 ab

Áburðarkalk I 4,13 bcd 3,63 a 1,17 b 4,80 ab

Áburðarkalk II 3,92 cd 3,01 a 1,19 ab 4,22 b

Viðmið 3,91 d 3,67 a 1,33 ab 5,01 ab

Niðurstöður uppskerumælinga sýndu að ekki var marktækur munur (p>0,05) á milli skammtastærða í neinum meðferðarliðum, hvorki á fyrsta né öðru ári.

3.2 Grænkustuðull (NDVI)

Niðurstöður á mælingu grænkustuðuls árið 2022 (mynd 3) sýna að við fyrstu mælingu 23. júní var munur á milli reita á bilinu 36,3-38,2%. Þegar leið á vaxtartímann fór munurinn að aukast og við þriðju mælingu þann12.júlí varmeðferðarliðurinnorðinnmarktækurfyrirgrænkustuðul (p<0,05).Þegarmestvarþann19.júlívargrænkustuðullinnábilinu59,2-68,0%þarsemviðmið var lægst og skeljasandur hæstur. Viðmiðunarreitir sem fengu enga meðferð sýndu oftast lægstan grænkustuðul en daginn fyrir uppskeru þann 15. ágúst var áburðarkalk II orðið lægst með grænkustuðul upp á 67,6% og blanda af svörtum sandi og áburðarkalki hæst 73,7%. Þegar meðferðaliðurinn var marktækur frá 12. júlí – 26. júlí voru þeir reitir sem fengu skeljasand, blöndu af skeljasandi og áburðarkalki, dólómít kalk (I&II) og gráan sand alltaf með mesta grænku. Þar fyrir neðan komu blanda af svörtum sandi og áburðarkalki ásamt blöndu af svörtum sandi og dólómít kalki en neðst voru viðmið, svartur sandur og áburðarkalk (I&II). Blanda af svörtum sandi og áburðarkalki sýndi hæsta grænkustuðulinn við uppskeru.

Mynd 3 Áhrif mismunandi bergefna á grænkustuðul þvert á meðferðarliði árið 2022 þar sem blanda I er svartur sandur + áburðarkalk, blanda II er svartur sandur + dólómít kalk og blanda III er skeljasandur + áburðarkalk.

Niðurstöður mælinga grænkustuðuls árið 2023 (mynd 4) sýndu ekki marktækan mun í grænku

milli meðferða fram að fyrsta slætti þann 13. júlí. Í endurvexti mældist hins vegar marktækur munur. Við fyrstu mælingu endurvöxts þann 26. júlí var blanda skeljasandi og áburðarkalki og dólómítkalk IImarktækt frábrugðin áburðarkalki I. Íseinni mælingum var blanda af skeljasandi og áburðarkalki með hæsta grænku 72,3% og var marktækt frábrugðin svörtum sandi, áburðarkalki I og II, blöndu af svörtum sandi og áburðarkalki og viðmiðunarreitum. Þá er blanda af skeljasandi og áburðarkalki, dólómítkalk I og II og skeljasandur marktækt frábrugðin viðmiði og áburðarkalki II sem eru með lægsta grænku 63% og 64%.

Mynd 4 Áhrif mismunandi bergefna á grænkustuðul þvert á meðferðarliði árið 20223 þar sem blanda I er svartur sandur + áburðarkalk, blanda II er svartur sandur + dólómít kalk og blanda III er skeljasandur + áburðarkalk.

3.3 Sýrustig

Niðurstöður sýrustigsmælinga þvert á meðferðarliði fyrstu tvö árin má sjá á mynd 5. Við fyrstu mælingu vorið 2022, sem tekin var áður en bergefnum var dreift, var ekki marktækur munur á sýrustigi milli reita en sýrustig mældist á bilinu pH 4,89-5,04 með meðaltal upp á pH 4,95. Að hausti 2022 hafði sýrustig í öllum meðferðarliðum lækkað að frátöldum skeljasandi, blöndu af skeljasandi og áburðarkalki og dólómítkalki I. Ári síðar, haustið 2023, hafði sýrustig hækkað fyrir alla meðferðarliði og mældist á bilinu pH 4,97-5,63. Allir reitir hækkaupp fyrir upphaflegt sýrustig nema viðmiðunarreitir sem ekki fengu neina meðferð, sem staðnar við upphaflegt sýrustig. Mest hafa hækkað þeir reitir sem fengu skeljasand eða blöndu með skeljasandi (blanda III) eða um 0,63 og 0,50 að meðaltali á pH skala frá hausti 2022 til hausts 2023. Þar á eftir fylgir blanda af svörtum sandi og dólómítkalki með hækkun upp á 0,43. Áburðarkalk II er að hækka til jafns við dólómítkalk I, um 0,38 og dólómítkalk II um 0,34. Aðrir meðferðarliðir sýna hækkun á bilinu 0,25 – 0,29 á pH skala.

Mynd 5 Niðurstöður sýrustigsmælinga (pH) jarðvegs, þvert á meðferðarliði þar sem blanda I er svartur sandur + áburðarkalk, blanda II er svartur sandur + dólómít kalk og blanda III er skeljasandur + áburðarkalk.

3.4 Kornastærð

Flest efnin sem notuð voru í tilrauninni voru nokkuð fíngerð með meirihluta korna undir 1,0 mm. Áburðarkalkið sker sig úr og er með meirihluta korna yfir 2,0 mm. Svartur sandur inniheldur einnig nokkurt magn stærri korna/steina (sjá töflu 3).

Tafla 3. Kornastærð bergefna

Kornastærð, mm

Bergefni

4

Umræður

Niðurstöður þessarar rannsóknar sýndu marktækan mun á uppskeru á fyrsta ári (tafla 2), þegar bygg var með í sáði. Skortseinkenni/eitrunaráhrif koma greinilega fram (mynd 2) á byggplöntum en þær eru viðkvæmar fyrir lágu sýrustigi og Al3+ eitrun (Szurman-Zubrzycka o.fl., 2021). Reitir sem fengu dólómít kalk, gráan sand, skeljasand og blöndu af skeljasandi og áburðarkalki voru marktækt frábrugðnir viðmiðunarreitum sem fengu enga meðferð fyrir uppskeru. Þessir sömu meðferðarliðir eru þeir sem mældust með marktækt hærri grænkumælingu frá 12. – 26. júlí og sýndu hækkun eða lækkuðu um minna en 0,1 á pH skala frá vori 2022 til hausts 2022. Bendir það til þess að kölkun með þessum meðferðarliðum sé fljótverkandi þ.e. að efnin brotni hratt niður.

Sýrustig hækkaði fyrir alla meðferðarliði haustið 2023, með töluverðum mun milli meðferðarliða sem sjá má á mynd 5. Munur á uppskerumagni var hins vegar hverfandi en þá var allt bygg horfið úr reitum þar sem það er einært. Því er ekki unnt að bera saman uppskerumagn milli ára. Þó svo að munur hafi ekki verið mikill á uppskerumagni milli meðferðarliða gæti verið munur á efnainnihaldi uppskeru. Kölkun hefur áhrif á aðgengi plantna að næringarefnum og upptöku þeirra. Fyrri kalktilraunir á túnum á Hvanneyri hafa sýnt aukna upptöku á kalsíum og fosfór. Þessi sömu efni hækkuðu í efnasamsetningu grass en lækkun var í mangan (Áslaug Helgadóttir, 1977). Það væri því fýsilegt að efnagreina uppskeru til þess að sjá hvort munur sé á efnainnihaldi eftir meðferðarliðum.

Hækkunásýrustigihaustið2023sýndiaðmögulegteraðnotabasískbergefniáborðviðsvartan sand til hækkunar sýrustigs líkt og rannsókn Dietzen o.fl. (2018) sýndi. Svartur sandur virkaði ekki eins vel og önnur efni s.s. skeljasandur og dólómítkalk sem dreift var í sama magni, en kornastærð gæti haft eitthvað með það að segja. Sigfús Á. Ólafsson (1978) sýndi fram á að því fínni sem kornastærð er því hraðari er virkni efna í jarðvegi. Því meiri sem kornastærðin er því lengri tíma tekur fyrir efni að brotna niður og sýna virkni. Endanlega niðurstaða sýndi þó sambærilega virkni, efni með stærri korn (>2mm) voru lengur að hækka sýrustig jarðvegsins en verkuðu þess í stað til lengri tíma.

Niðurstöður þessarar rannsóknar sýndu að áburðarkalk og svartur sandur eru með mikinn hluta kornastærðar yfir 2mm (tafla 3). Þessi sömu efni eru ekki að hækka sýrustig eins mikið og önnur, enn sem komið er. Áhugavert er þó að grænka 2022 mældist mest við uppskeru á reitum sem fengu blöndu af svörtum sandi og áburðarkalki og sömuleiðis var heildaruppskera 2023 mest af þeim reitum. Áburðarkalki I&II var dreift í minni skammtastærðum en öðrum efnum

og gæti það haft áhrif á minni svörun. Fyrri rannsóknir hafa sýnt hækkun sýrustigs í beinu

hlutfalli við kalkmagnið sem borið er á þar sem notast er við áburðarkalk (Björn Jóhannesson og Kristín Kristjánsdóttir, 1954). Borinn var auka skammtur af áburðarkalki á áburðarkalk II árið 2023 sem sýndi jákvæð áhrif þar sem sýrustig fyrir áburðarkalk II hækkaði jafn mikið og fyrir dólómítkalk I. Gæti það verið vísbending um að mögulegt sé að hækka sýrustig með litlum skömmtum ár hvert. Það er þó þvert á niðurstöður Áslaugar Helgadóttur (1977) sem sýndu að árleg kölkun með litlum skömmtum var ekki eins árangursrík og að bera á stóran skammt á

nokkurra ára fresti

Sýrustig og grænkumælingar virtust fylgjast að sem samræmist niðurstöðum Áslaugar

Helgadóttur(1977)umaðgróðurþekjaendurspeglisýrustig.Ennsemkomiðerhefurekkimælst marktækur munur á skammtastærðum í grænku-, uppskeru- eða sýrustigsmælingum. Munur í skammtastærðum er líklegur til þess að koma fram þegar árin líða þar sem virkni ætti að dvína fyrr þar sem lítið er borið á, nema bætt sé við eins og gert var með áburðarkalk II.

Mikilvægt er að þessi rannsókn haldi áfram þar sem hækkun sýrustigs ræktunarjarðvegs er langtímaverkefni. Eins og komið hefur fram byrja sum efni að virka fyrr en önnur og er mikilvægt að fylgjast með hvort sá munur haldist eða taki breytingum meðtímanum. Mikilvægt er að rannsaka hvort marktækur munur verði á skammtastærðum með tímanum til þess að geta áætlað hversu mikið þurfi að bera á af kalkefnum. Áslaug Helgadóttir (1977) sýndi fram á að samsetning gróðurþekju breyttist við ólíkar skammtastærðir af kalki og væri því áhugavert að kanna áhrif skammtastærða og mismunandi bergefna á gróðurfar. Sýrustig mælt í jarðvegi er mikilvægur eiginleiki til að fylgjast með, en einnig er mikilvægt að vita hvaða áhrif sýrustigsbreytingar hafa á uppskeru. Nauðsynlegt er að efnagreina jarðveg og uppskeru til þess að sjá stöðu næringarefna í jarðvegi og hversu mikið af næringarefnum er að skila sér í fóður.

5 Þakkir

Þróunarsjóður nautgripagræktar fær þakkir fyrir fjárhagsstuðning við verkefnið. Þá eru Jóhannesi Kristjánssyni færðar þakkir fyrir aðstoð við jarðvinnslu og vélaviðgerðir, Jónínu

Svavarsdóttur fyrir aðstoð við öflun gagna og Snorra Þorsteinssyni fyrir ráðgjöf.

Heimildaskrá

Áslaug Helgadóttir. (1977). Kalktilraunir á Hvanneyri, í Borgarfirði og á Snæfellsnesi. Fjölrit

RALAnr.20. Rannsóknarstofnun Landbúnaðarins, Keldnaholti.

Áslaug Helgadóttir og Friðrik Pálsson. (1976). Áhrif kölkunar á grasvöxt, prótein og steinefni í grasi.FjölritRALAnr.7. Rannsóknarstofnun Landbúnaðarins, Keldnaholti.

Björn Jóhannesson og Kristín Kristjánsdóttir. (1954). Nokkrir eiginleikar mýra á Suður- og

Norðurlandi og efnasamsetning grass á ýmsum aldursstigum og hæfni þess til votheysgerðar. Rit landbúnaðardeildar, B-flokkur nr. 6. Atvinnudeild háskólans, Reykjavík.

Björn Jóhannesson. (1956). Athuganir á fosfór- og kalíþörf nokkurra túna á Suður- og

Suðvesturlandi og áhrif áburðar og slátturtíma á eggjahvítu, fosfór og kalsíum í íslenzku grasi.RitLandbúnaðardeildar,B-flokkurnr.8. Atvinnudeild háskólans, Reykjavík.

Dietzen, C., Harrisona, R. og Michelsen-Correa, S. (2018). Effectiveness of enhanced mineral weathering as a carbon sequestration tool and alternative to agricultural lime: An incubation experiment. InternationalJournalofGreenhouseGasControl, 74, 251–258. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2018.05.007.

Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2024). https://www.fao.org/faostat/en/

Holland, J. E., Bennett, A. E., Newton, A. C., White, P. J., McKenzie, B. M., George, T. S., ... Hayes, R. C. (2018). Liming impacts on soils, crops and biodiversity in the UK: A review. Science of the Total Environment 610–611, 316–332. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.020.

Kaur, C., Selvakumar, G., Ganeshamurthy, A.N. (2019). Acid Tolerant Microbial Inoculants: A Requisite for Successful Crop Production in Acidic Soils. In: Arora, N., Kumar, N. (eds) Phyto and Rhizo Remediation. Microorganisms for Sustainability, vol 9. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9664-0_10.

Knuti, L. L., Williams, D. L. og Hide, J. C. (1979). Profitable soil management (3. útgáfa). Prentice-Hall, Inc.

Li, Y., Cui, S., Chang, S. X., & Zhang, Q. (2018). Liming effects on soil pH and crop yield depend on lime material type, application method and rate, and crop species: a global

meta-analysis. Journal of Soils and Sediments, 19, 1393 – 1406. doi:10.1007/s11368018-2120-2.

Msimbria, L. A. Og Smith, D. L. (2020). The Roles og Plant Growth Promoting Microbes in EnhancingPlantTolerancetoAcidityandAlkalinityStresses. Front.Sustain,FoodSyst. 4:106. Doi: 10.3389/fsufs.2020.00106.

Ólafur Arnalds og Hlynur Óskarsson. (2009). Íslenskt jarðvegskort. Náttúrufræðingurinn 78(3 - 4), 107-121. Sótt af https://timarit.is/page/6468334?iabr=on#page/n21/mode/2up.

R Core Team (2022). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. https://www.R-project.org/.

Sigfús Á. Ólafsson. (1978). Skeljasandur af fjörum við faxaflóa, kalkmagn og áhrif á sýrustig jarðvegs Fjölrit nr.26. Bændaskólinn á Hvanneyri, Borgarfirði.

Snorri Gudbrandsson. (2013). Experimental weathering rates of aluminium-silicates. Geochemistry. Université Paul Sabatier - Toulouse III. English. ffNNT : ff. fftel009334.

Szurman-Zubrzycka, M., Chwiałkowska, K., Niemira, M., Kwasniewski, M., Nawrot, M., Gajecka, M., Larsen, P.B. and Szarejko, I. (2021) Aluminum or Low pH – Which Is the Bigger Enemy of Barley? Transcriptome Analysis of Barley Root Meristem Under Al and Low pH Stress. FrontiersinGenetics. 12:675260. doi:10.3389/fgene.2021.675260.

Wang, J., Raman, H., Zhang, G., Mendham, N., & Zhou, M. (2006).Aluminium tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): Physiological mechanisms, genetics and screening methods. Journal of Zhejiang University SCIENCE B, 7(10), 769–787. https://doi.org/10.1631/jzus.2006.B0769

Þorsteinn Guðmundsson. (1994). Jarðvegsfræði. Búnaðarfélag Íslands.

Þorsteinn Guðmundsson. (2018). Jarðvegur: Myndun, vist og nýting. Reykjavík: Háskólaútgáfa.