Hvor mye nitrogen blir tilgjengelig ved biologisk nitrogenfiksering?

Mengden nitrogen som blir tilgjengelig ved biologisk nitrogenfiksering, varierer mye fra gard til gard og mellom ulike år. Vi kjenner godt til hva som påvirker belgvekstenes nitrogensamling, mens kunnskapen om andre former for biologisk nitrogenfiksering er langt dårligere.

Den biologiske nitrogenfikseringen er avhengig av mengden tilgjengelig nitrogen i jorda, jord- og vekstforhold, temperatur, lysintensitet og daglengde, lengde på vekstsesongen, belgvekstart og -sort, belgvekstandel, hvor hyppig belgveksten slås, og om den rette bakteriestammen er til stede.

Generelt er forhold som er positive for planteveksten, også positivt for den biologiske nitrogenfikseringen, fordi bakteriene får sin energi fra planten. Et unntak er sterk nitrogengjødsling. Siden nitrogenfiksering er en energikrevende prosess, vil plantene forsyne seg av nitrogen som er lett tilgjengelig i jorda, før de begynner å fiksere nitrogen fra lufta.

Sur, vassjuk, tørr eller tett jord er uheldig. Biologisk nitrogenfiksering kan lett begrenses ved mangel på kalsium, kalium, magnesium, fosfor, svovel, kobolt, molybden eller andre mikronæringsstoff.

Ved lav temperatur blir bakterienes aktivitet sterkt redusert. Dersom forholdene ellers er gode og det er nok fuktighet i jorda, øker nitrogenfikseringen ved stigende temperatur og lengde på vekstsesongen. Ved å undersøke Rhizobium-knollene på belgvekstrøttene kan vi se om symbiosen fungerer. Planter med få, men store knoller har en mer effektiv fiksering enn planter med mange små knoller. Rød farge på knollene viser at de er i en aktiv fase. Er knollene grønne, brune eller hvitaktige, har fikseringen stoppet opp. Nitrogenfikseringen er størst mens belgvekstene vokser, og den avtar ved blomstring.

Siden forholdene varierer så mye fra sted til sted og fra år til år, er det umulig å gi nøyaktige tall på mengden nitrogen som blir samlet fra lufta. En oversikt over beregnet nitrogenfiksering på et utvalg av økologisk drevne garder i Norge er gitt i tabellen nedenfor

Estimert gjennomsnittlig og maksimal mengde biologisk fiksert nitrogen på 13 ulike garder *

*(Kilde: Ebbesvik 1998)

I en undersøkelse som FØKO gjennomførte på 41 engskifter og 32 grønnfôrskifter på Østlandet, fant de store variasjoner i belgvekstenes fiksering av nitrogen mellom de ulike stedene. For eksempel varierte fikseringen i første års eng fra 3 til 25 kg N/daa.

I grønnfôrblandinger med belgvekster ble det jevnt over anslått en samling på 4-8 kg N/daa. Ved gode tilslag av hvitkløver som underkultur i korn ble mengden 4-5 kg N/daa. Det ble funnet høyere biologisk nitrogenfiksering på leirjord i Akershus og Mjøsbygdene enn på garder med sandjord i Østerdalen, og mindre mengder der jorda hadde gode reserver av nitrogen.

Inokulering

Belgvekstene deles inn i grupper som hver har sin spesielle stamme av bakterier

• Luserne og steinkløver: Rhizobium meliloti
• Kløver:  Rhizobium trifolii
• Erter, vikke, åkerbønne: Rhizobium leguminosarium
• Lupiner: Rhizobium lupini
• Soyabønner: Rhizobium japonicum
• Bønner: Rhizobium phaseoli

Rhizobium-stammene som går på kløver, erter, vikker og åkerbønner, finnes i nesten all norsk dyrkingsjord. Det betyr at det sjelden er nødvendig å smitte jord med bakteriekultur ved dyrking av disse vekstene. Ved nydyrking kan det likevel være nødvendig å smitte, særlig gjelder dette myrjord. Ved dyrking av luserne, steinkløver, lupiner eller ekte bønner er smitting å anbefale dersom disse ikke har vært dyrket på arealet tidligere, eller dersom det er lenge siden sist slike vekster ble dyrket. Det pågår forskning for å avklare om det finnes varianter innenfor hver stamme av Rhizobium som kan være mer effektive enn dem som finnes naturlig på stedet.

Den vanligste måten å smitte jorda på er å tilføre frøene en oppløsning av bakterier. En slik oppløsning lages ved å tynne ut bakteriekulturen (fås kjøpt av frøfirma) med vann. Dette tilføres frøene i små mengder før de sås ut. Bakteriene tar skade av UV-strålene, og bør derfor ikke utsettes for direkte sollys. For å smitte små arealer kan det være aktuelt å rake utover jord som er hentet fra et område som man antar har den ønskede stammen av Rhizobium.

Formler for utregning av belgvekstenes nitrogensamling

Det finnes ulike formler (modeller) for å anslå hvor mye nitrogen som fikseres på en gard eller et skifte gjennom belgvekstenes symbiose med Rhizobium. Formlene bygger på resultater fra forsøk.

Formlene er i større eller mindre grad forenklinger av virkeligheten, og resultatet må derfor betraktes som anslag og ikke som eksakte verdier. Formel A er grei å bruke hvis det ønskes et grovt anslag for fiksert nitrogen i kløvereng og det ikke finnes registrering av avlingsmengde. Den er mest nøyaktig ved store avlinger og relativt lav kløverprosent i enga. Formlene B og C er også greie å bruke, men krever noe mer forundersøkelser. Formel C er riktigst å bruke ved tidlig høsting når det ønskes et mer fullstendig estimat av mengden fiksert nitrogen.

Formel A - for kløvereng
Formelen tar ikke hensyn til hvor stor avling man har, og fungerer ikke ved svært lave eller svært høye avlinger. Opphavet til formelen kjenner vi ikke, men den antas å komme fra Danmark.

Nfix = kløver (%) × 0,1 × 3 kg N per daa og år der
Nfix = kg biologisk fiksert nitrogen per daa og år kløver (%) = andel kløver ienga oppgitt som prosent av totaltørrstoff (dette blir ofte et anslag)
Formelen tilsier at for hver gang innholdet av kløver i ei eng øker med 10 %, økes anslaget for mengden fiksert nitrogen med 3 kg N.

Eksempel
Ei eng med cirka 40 % kløver gir Nfix = 40 × 0,1 × 3 = 12 kg N per daa og år.

Formel B - for kløvereng og grønnfôr

Formelen er fortsatt enkel, men mer nøyaktig. Den bruker avlingsmengde, belgvektsandel, estimert faktor F (ut fra nitrogenprosent og et tillegg for rot og stubb (i eng er F satt til 0,037 og for grønnfôr til 0,035)) og estimert Pfix (ut frabelgvekstart, belgvekstandel, tilførsel av lett tilgjengelig nitrogen (kg min-N)) for å finne estimert mengde fiksert nitrogen. Formelen ble utviklet av FØKO tidlig i 1990-åra, med bakgrunn i arbeid gjort av forsker Lars Nesheim.

Nfix =TS-avling ×(belgvekst (%) / 100) × F × Pfix der TS-avling = total, høstet tørrstoffavling i kg per daa

Belgvekst (%) = andel belgvekst oppgitt som prosent av totaltørrstoff (dette blir ofte et anslag)

F = faktor for korrigering av anslått nitrogeninnhold i veksten, inkludert et tillegg for nitrogen i stubb og røtter

Pfix = andel av N (%)som er biologisk fiksert

Eksempel 1
Ei eng med cirka 800 kg tørrstoffog 40 % kløver gir estimert Nfix = 800 × 40 / 100 × 0,037 × 0,9 = 10,7 kg N per daa og år både uten nitrogengjødsling og ved gjødsling med 2 tonn blautgjødsel fra storfe per daa.

Eksempel 2
Grønnfôr med cirka 800 kgtørrstoff, 40 % erter og ingen nitrogengjødsling gir estimert Nfix = 800 × 40 /100 × 0,035 × 0,7 = 7,8 kg N per daa og år, ved gjødsling med 2 tonn blautgjødsel fra storfe per daa (5 kg minN) blir estimert Nfix = 800 × 40 ×0,035 × 0,6 = 6,7 kg N per daa og år.

Anslått Pfix ved varierende nitrogengjødsling (kg minN per daa) og andel kløver i enga*

Les mer

Barbieri, P. m.fl. 2023. Biolocical nitrogen fixation of legumes crops under organic farming as driven by cropping management: A review. Agricultural Systems 205 (2023) 103579

Thorbjørnsen, E. & E H. Sikkeland 2023. Hvor mye kan vi stole på kløver og husdyrgjødsel?BUSKAP nr. 2, 2023

Pommeresche, P. & S. Hansen 2017. Sjekk belgvekstenes egen nitrogenproduksjon. FertilCrop Technical Note, FiBL & NORSØK

Renna, R. 2022. Hvor mye nitrogen kan kløveren fiksere i nord?Nlr.no 2.9.2022