Nitrogensyklus i ubalanse

Historikk

Økologisk landbruk oppstod som en reaksjon på utviklingen i landbruket, med effektivisering, intensivering og økt produktivitet. Da de negative effektene av denne utviklinga viste seg, særlig gjaldt det bruk av kunstgjødsel og pesticider, var det i mange land personer som ønsket et annet landbruk, uten bruk av slike innsatsmidler. De var blant annet bekymret for effekten slik nitrogengjødsel hadde på jorda og jordlivet, både kvalitativt og kvantitativt. 

Det globale nitrogenkretsløpet

På samme måte som karbon er nitrogen en nødvendig del av det globale næringskretsløpet. Det er store mengder nitrogen i naturen, men det meste finnes i form av inaktivt nitrogen (N2) i lufta (ca. 78 % av lufta er nitrogen). Som benevnelsen sier er dette nitrogenet ikke aktivt, og dermed ikke tilgjengelig for de fleste levende organismer. I praksis betyr det at i naturlige økosystemer er manglende tilgang på nitrogen en viktig begrensende vekstfaktor.

Men naturen er viselig innrettet, slik at en viss mengde av luftas nitrogen kontinuerlig gjøres tilgjengelig for plantevekst. Dette skjer ved at nitrogen omdannes til biologisk aktive former, som ammonium eller nitrat, enten på grunn av lyn eller ved hjelp av mikroorganismer, for eksempel Rhizobium-bakterier. Ved hjelp av energi fra belgvekster omdanner disse bakteriene inaktivt nitrogen i lufta til nitrogenforbindelser plantene kan ta opp. Dette er nødvendige prosesser for at nitrogenkretsløpet skal fungere. Andre bakterier sørger for at nitrogenforbindelser brytes ned igjen og til slutt ender opp som inaktivt nitrogen i lufta – og kretsløpet er slutta!

Ubalanse i nitrogen-syklusen

Menneskelig aktivitet sørger for at mengden biologisk tilgjengelig nitrogen øker. Over lang tid har dette skjedd gjennom biologisk nitrogenbinding ved dyrking av belgvekster, de siste hundreåra også gjennom forbrenning av fossilt brensel. I løpet av det siste hundreåret har imidlertid produksjon av kunstgjødsel-nitrogen overtatt som den overlegent viktigste årsaken til at mengden biologisk tilgjengelig nitrogen øker. Forbruket av nitrogengjødsel øker stadig. Denne utviklinga er en dramatisk inngripen i et av naturens viktigste kretsløp, og det på svært kort tid, mye kortere enn for den menneskeskapte ubalansen mht. karbon.

De naturlige prosessene som tilbakefører biologisk aktivt nitrogen til inaktivt nitrogen klarer ikke å «henge med», og resultatet blir mye nitrogen som er på feil sted. Forskere hevder at nåværende mengde reaktivt nitrogen er flere ganger så stort som langsiktig bærekraft tilsier (Steffen m.fl. 2015).

Skadelige effekter

Bruk av store mengder nitrogen kan ha negative effekter i jord, blant annet på jordlivet. Andre negative miljøeffekter kan være økt nitratinnhold i grunnvann og forsuring av jord og vann. Det kan også føre til algeoppblomstring i og gjengroing av elver, innsjøer og hav. Når algene dør og råtner forbrukes oksygen. Planter og dyr i vann forsvinner på grunn av oksygenmangel og det dannes «døde soner» i havet, blant annet i Østersjøen. Alt landareal tilføres biologisk tilgjengelig nitrogen gjennom nedbøren, i Norge mest i sør, f.eks. i Agder rundt 1,5 kg per dekar i 2012 (Aas m.fl. 2013). Det gir økt vekst for arter som kan nyttiggjøre seg denne næringen, mens andre arter fortrenges. Dette medfører gjengroing og redusert biologisk mangfold. Økt tilførsel av biologisk tilgjengelig nitrogen  fører også til økte utslipp av lystgass (N2O) fra jorda, ikke minst når jorda er pakket og det er fuktige forhold. Lystgass er en sterk klimagass og den bidrar også til å bryte ned ozonlaget rundt jorda.

Med og uten klimagassutslipp i produksjonen

Kunstgjødselfabrikker og Rhizobium-bakterier i rotknoller på belgvekster omdanner begge inaktivt nitrogen. Ved fabrikkproduksjon slippes det ut klimagasser, både lystgass, N2O, og CO2 (Yara 2022). Framstilling av ammoniakk til nitrogengjødsel er energikrevende. Tidligere ble elektrisitet brukt som energikilde, nå bruker Yara naturgass. Rundt 3-5 % av verdens naturgass brukes til dette. Yara er en av verdens gjødselprodusenter som slipper ut minst klimagasser i produksjonen, og har klimagaranti på gjødsel solgt i Norden. Dette innebærer at utslippet av klimagasser ikke skal overstige 3,6 kg CO2-ekvivalenter per kg N (Yara 2022). Det er mye intensiv forskning som gjør at Yara lykkes med så lave utslipp. Likevel er det alliansen belgvekster-Rhizobiumbakterier som vinner i konkurransen om lavest utslipp av lystgass og CO2. I denne prosessen kommer energien fra sollyset og i selve bindingen av nitrogen slippes det ut svært lite lystgass (Carter & Ambus 2006, IPCC 2006) – I tillegg arbeider de gratis og lokalt, dog ikke om vinteren!

Mengden avgjør

All nitrogengjødsel kan gi negative miljøeffekter, også når gjødsla er organisk, som husdyrgjødsel, belgvekster, grønngjødsel, kompost, biorest osv. Vi må alltid håndtere gjødsla slik at nitrogentapet blir minst mulig i alle ledd, både ved lagring, transport og spredning, og sørge for god agronomi slik at tapene fra jorda også reduseres mest mulig.

Mengden nitrogen som sirkulerer i et dyrkingssystem er avgjørende for tapet – jo mer nitrogen, jo større er mulighetene for tap. Bruk av kunstgjødsel gir mulighet for bruk av større mengder per arealenhet.

Dessverre klarer ikke kulturplantene å ta i bruk all nitrogengjødsel som tilføres. Dessuten forsvinner noe av nitrogenet for hvert ledd i videre produksjon og foredling, også i husdyrproduksjonen. Nitrogeneffektiviteten, dvs. andelen av tilført nitrogen som gjenfinnes i produktene, avtar med økende tilførsel. Denne effektiviteten blir redusert i takt med økt nitrogengjødsling (Bleken m.fl. 2005)

Sterk gjødsling mulig med kunstgjødsel

Mye nitrogengjødsel påvirker plantene. Veksten endres, noe som kan gi tynnere cellevegger, lavere innhold av fenoler og tettere plantebestand. I korn kan mye nitrogengjødsel gi bedre forhold for angrep av sopper som fusarium (Bernhoft m.fl. 2022).

Produktkvaliteten vil også bli påvirket av nitrogengjødslinga. Proteininnholdet øker gjerne med økende mengde nitrogengjødsel, men det kan også gi seinere modning, lavere tørrstoffinnhold, mindre C-vitamin og mindre antioksidanter i ulike kulturvekster.

N2Applied i økologisk landbruk

N2Applied er en metode for småskala, lokal produksjon av aktivt nitrogen. Nitrogengjødsla framstilles på samme måte som i en kunstgjødselfabrikk, hvor nitrogen i lufta gjøres biologisk aktivt ved bruk av store mengder energi. Nitrogenet tilsettes flytende organisk gjødsel, omdannes til salpetersyre og reduserer pH i gjødsla, noe som stopper tapet av ammoniakk fra massen og gir gjødsla et høyere nitrogeninnhold.

For konvensjonelt landbruk kan det bety et alternativ til innkjøpt nitrogengjødsel og bedre utnytting av nitrogen i for eksempel husdyrgjødsel. En bør nøye vurdere både energibruk, kostnader ved innkjøp av utstyr, tidsforbruk og kompetansebehov før en erstatter innkjøpt nitrogen med nitrogen produsert ved hjelp av N2Applied.

For økologisk landbruk vil framstillingsmetoden være i strid med prinsippene for driftsformen. På samme måte som en større fabrikk for framstilling av nitrogengjødsel vil N2Applied bidra til ytterligere ubalanse i nitrogenkretsløpet, ved at inaktivt nitrogen fra lufta omdannes til biologisk aktivt nitrogen. Det vil være liten prinsipiell forskjell mellom det å blande inn kunstgjødsel i møkkasprederen og tilsetting av N2Applied i husdyrgjødsel før spredning. Kunnskapen om utslipp av lystgass i og etter selve prosessen er dessuten mangelfull.

Avslutning

På samme måte som i naturlige økosystemer er ofte tilgangen på nitrogen en viktig begrensende vekstfaktor i landbruket. Globalt har bruk av kunstgjødsel-nitrogen bidratt til betydelig avlingsøkning. Men globalt er imidlertid de indirekte, negative virkningene av denne økte nitrogentilførselen svært store. Ovenfor er det nevnt redusert drikkevannskvalitet, gjengroing og algeoppblomstring i ferskvann og saltvann, tap av biologisk mangfold på landjorda og økt utslipp av klimagassen lystgass. Tilførselen av biologisk tilgjengelig nitrogen i landbruket må derfor reduseres. Heller enn maksimal avling må et optimalt avlingsnivå være målet, der flere hensyn blir tatt ved valg av gjødslingsnivå. Planteforedling, god jord- og plantehelse, optimal bruk av husdyrgjødsel og andre gode agronomiske tiltak er viktig for å oppnå gode og stabile avlinger i økologisk landbruk.    

Litteratur

Bernhoft, A., Wang, J. & Leifert, C. 2022. Effect of Organic and Conventional Cereal Production Methods on Fusarium Head Blight and Mycotoxin Contamination Levels. Agronomy 2022, 12(4), 797

Bleken, M.A. m.fl. 2005. High Nitrogen Costs of Dairy Production in Europe: Worsened by Intensification.  Ambio Vol. 34, No. 8, December 2005

Carter, M.S. & Ambus, P. 2006. Biologically Fixed N2 as a source for N2O production in a grass-clover mixture, measured by N-15(2). Nutr. Cycl. Agroecosystems 74, 13–26.

IPCC 2006. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston H.S., Buendia L., Miwa K., Ngara T. & Tanabe K. (eds). Published: IGES, Japan

Rockström, J. m.fl. 2009. A safe operating space for humanity. Nature 461, 472-475

Steffen, W. m.fl. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347 (6223) DOI:10.1126/science.1259855

Steinshamn, H., M. Bleken & S. Hansen 2004. Lite nitrogentap fra mjølkegarder som baserer seg på egen fôrproduksjon. Forskningsnytt om økologisk landbruk i Norden, nr. 2, s. 3-6.

Yara 2022. Klimagaranti på gjødsel fra Yara. Yara.no

Aas, W. m.fl. 2013. Overvåking av langtransportert forurenset luft og nedbør. Atmosfæriske tilførsler, 2012. Statlig program forurensningsovervåking. Rapportnr. 1148/2013. Klima- og forurensningsdirektoratet

Les mer

Bechmann, M. m.fl. 2023. Tiltak for bedre nitrogenforvaltning i norsk jordbruk. NIBIO Rapport nr. 44, 2023

de Vries, W. m.fl. 2021. Spatially explicit boundaries for agricultural nitrogen inputs in the European Union to meet air and water quality targets. Sci. of the Tot. Environment 786 (2021) 147283

Sikkeland, E.H. 2020. 17 kg total-N - gjelder det meg? Økologisk landbruk nr. 4, 2020