Underjordisk gjødselfabrikk - Biologisk nitrogen-fiksering

Stor betydning for landbruket

Globalt står biologisk nitrogenfiksering i landbruket for produksjon av plantetilgjengelig nitrogen i mengde tilsvarende nesten halvparten av det verdens gjødselfabrikker gjør per i dag. Da nye metoder revolusjonerte jordbruket på 1800-tallet, var belgvekster en viktig del av vekstskiftet. Deres samliv med Rhizobium-bakterier, og dermed nitrogenproduksjon var helt vesentlig for de økte avlingene som ble oppnådd. Etter at syntetisk nitrogengjødsel på nytt endret jordbruket, har likevel biologisk nitrogenfiksering en viktig rolle, ikke minst i økologisk landbruk og for fattige bønder over hele verden som ikke har mulighet til å kjøpe nitrogengjødsel. I framtida kan belgvekster bli stadig viktigere med tanke på å redusere utslipp av klimagasser og lagring av karbon i jord.

Lydløs og gratis produksjon

Lufta inneholder hele 78 % nitrogen. Nitrogenet er imidlertid bundet som molekylært nitrogen (N₂) og er ikke tilgjengelig for planter. Omdanning av luftas nitrogen til plantetilgjengelig form er svært energikrevende, i fabrikkframstilling kreves energi tilsvarende ca 1 kg olje til produksjon av 1 kg N. Flere bakterier har evnen til å omdanne nitrogen fra lufta. Størst betydning har de bakteriene som gjør dette i symbiose med belgvekster. Flesteparten av disse tilhører slekten Rhizobium. Bakteriene bruker karbohydrater fra belgvekstene som energi, til gjengjeld får plantene nitrogen tilbake.

Rhizobiumbakteriene lever fritt i jorda. Belgvekstene skiller ut stoffer fra røttene som lokker til seg rhizobiumbakteriene. Disse trenger inn i belgvekstrøttene gjennom rothårene. Dette fører til at rotknoller dannes. Selve nitrogenfikseringa foregår inne i disse knollene og skjer ved oppdeling og reduksjon av molekylært nitrogen (N₂) til ammoniakk, NH₃.

Du kan kontrollere at det virkelig fikseres nitrogen i knollene ved å grave opp røttene. Er knollene rødfarget/lakserosa inni, er bakteriene aktive. Rødfargen skyldes pigmentet leghemoglobin, som regulerer oksygentilgangen i knollene. Knollene er hvite før nitrogenfikseringen kommer i gang og blir brune eller grågrønne når de slutter å fiksere nitrogen. Planter med få, men store knoller er mer effektive enn planter med mange, men små knoller.

Hva kan du gjøre for å øke belgvekstenes nitrogenfiksering?

Mange faktorer påvirker mengden nitrogen som fikseres, både naturgitte og driftsmessige. Alle faktorer som øker fotosyntesen og dermed plantas energilager og vekst, øker også nitrogenfikseringa. Nitrogenfiksering påvirkes av klimaet, ikke minst temperaturen. Mest nitrogen fikseres når temperaturen er 20-25 grader, men hos nordlige arter og sorter kan fiksering foregå ned mot null grader. Daglengde, lysintensitet, jordart og lengden på vekstsesongen påvirker også prosessen.

Gardbrukere kan legge til rette for at belgvekstene trives gjennom kjente, agronomiske tiltak: bruk av egna arter og sorter, god drenering/evt. vanning, gode overvintringsforhold, god jordstruktur, vekstskifte som forebyggende tiltak mot skadegjørere, kalking og god næringstilgang generelt.

Nitrogenfikseringen er størst mens belgvekstene vokser og avtar ved blomstring, slått stimulerer derfor til økt aktivitet i knollene. Nitrogengjødsling kan derimot redusere aktiviteten. Fins det nitrat eller ammonium i jorda, sparer plantene energi ved å bruke det lettilgjengelige nitrogenet og gjør bakteriene «arbeidsledige». Et unntak er i starten av vekstsesongen, da vil små mengder N-gjødsel stimulere planteveksten og dermed øke knolldanningen. Tungmetaller og kjemiske sprøytemidler kan hemme bakterienes aktivitet eller svekke vertsplantene.

Er smitting med bakteriekultur nødvendig?

Smitting med riktig bakteriekultur kan være nødvendig for å sikre N-fikseringa. Bakteriestammer som går på henholdsvis kløver eller vikker, erter og åkerbønner fins i nesten all dyrkajord i Norge. Det er derfor bare ved nydyrking det er anbefalt å smitte jorda med bakteriekultur ved dyrking av disse vekstene. Ved dyrking av luserne, steinkløver, lupiner eller ekte bønner er smitting å anbefale dersom de ikke tidligere har vært dyrket på arealet. Ved grøfting og kalking av tidligere sur og vassjuk jord, eller hvis du ønsker å bytte ut nåværende stedegne bakteriestammer med mer effektive stammer kan smitting også være aktuelt.

Jorda kan smittes ved å tilføre frøene en oppløsning av bakterier rett før såing. Bakteriekultur kan du kjøpe sammen med såfrøet. Smitta frø bør ikke utsettes for direkte sollys eller tørke for mye. Det er lurt å smitte belgvekstfrøene før de evt blandes med andre frø, det tørker opp frøene og gjør det lettere å så.

Hvor mye fikseres per daa?

Som nevnt er det mange faktorer som påvirker mengden nitrogen som fikseres. Det er nærmest umulig å angi generelle tall for N-fiksering. Det er foretatt noen få målinger i praksis og forsøk i Norge. Ved optimale forhold kan ei eng med godt innslag av rødkløver samle 20-30 kg N/daa. Naturlig nok blir de høyeste verdiene registrert i godt klima, men det er også målt 17 kg N/daa i kløvereng i Nordland. Med hvitkløver som underkultur i korn er det målt ei fiksering på rundt 5 kg N/daa på Østlandet.

Belgvekstene bruker det fikserte nitrogenet sjøl, og proteinprosenten i engbelgvekster, erter og bønner er høy. Ved nedbryting av belgvekstenes under- og overjordiske plantedeler kommer det også andre planter til nytte. Ved fornuftig jordarbeiding og handtering av høstet avling kan en sørge for at mest mulig av fiksert nitrogen kommer kulturplantene til nytte og minst mulig tapes som forurensning.

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

Serikstad, G.L. m.fl. 2013. Biologisk nitrogenbinding - belgvekster som kilde til nitrogen. Bioforsk Fokus nr. 3, 2013 

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