Gjødsel

Gjødsel er uorganiske grunnstoffer som plantene trenger for å kunne vokse og blir vanligvis tatt opp fra jorda via røttene i form av naturgjødsel (kompost, husdyrgjødsel, grønngjødsling)  eller kunstgjødsel (mineralgjødsel). Gjødsel kan også bli tatt opp av bladene (bladgjødsel). CO2-gjødsling er kunstig økt konsentrasjon av CO2 i atmosfæren i veksthus. Intensivt jord- og hagebruk gir ensidig fjerning av mineralnæring fra jorda, og som må erstattes i form av gjødsel.

jordtyper inneholder nok næring til å sikre maksimal vekst av høytytende landbruksvekster, og gjødsel må tilføres som kunstgjødsel (tradisjonelt jordbruk),  eller i form naturgjødsel (organisk gjødsel) fra planter eller dyr (økologisk landbruk), eller en kombinasjon av begge gjødselformer, kombinert med vekstskifte. Planter har ikke behov for å ta opp organisk materiale for å kunne vokse og fullføre livssyklus, men kan ta opp organiske forbindelser fra jorda, for eksempel aminosyrer. Organisk gjødsel er organisk stoff fra planter eller sekundært fra fugler (guano) eller husdyr (kveg, hest, høns) og omfatter grønngjødsling med nitrogenfikserende erteplanter, eller kompost, halm, slam, guano og husdyrgjødsel. Tilførsel av gjødsel ved plantedyrking må skje forsiktig og riktig. Hvis ikke vil gjødselstoffene forurense grunnvann, bekker, elver og vassdrag med tilhørende eutrofiering. Erosjon og utvasking av næringsstoffer er to prosesser som følger hverandre. Det er en relasjon mellom avling og mineralnæringsinnhold som kan være i følgende rekke: mangel, tilstrekkelig, kritisk fase med for mye gjødsel, og en toksisk fase hvor avlingen reduseres. Erteplanter kan ved biologisk nitrogenfiksering binde dinitrogen (N2) fra atmosfæren.

Bruk av kunstgjødsel og organisk gjødsel har fordeler og ulemper. Kunstgjødsel krever mye energi i framstillingsprosessen, men er renslig og lett å handtere. Kunstgjødsel er tilsatt fyllstoff som dolomitt eller sand for å gi økt vekt. For å hindre at gjødsla "kaker seg" er de granulerte eller prillete gjødselkornene overflatebehandlet med vegetabilsk olje, voks og talkum.

Resirkulering av husdyrgjødsel og planteavfall tilbake til plantevekst er, ifølge økologisk tenkemåte, en tilbakeføring av ressurser til jorda. Dårlig varmebehandlet husdyrgjødsel kan gi stor spredning av ugrasfrø og soppsykdommer, og representerer et midlertidig luktproblem.  Husdyrgjødsel inneholder lite tungmetaller. Imidlertid kan både slam fra renseanlegg og fosfat i kunstgjødsel inneholde tungmetaller. Organisk gjødsel gjør at jorda holder bedre på vann, og plantenæringen tilføres sakte ved mineralisering (oksidering). Mikroorganismer frigir mineraler fra organiske stoffer og mineraliseringen er avhengig av temperatur, vann, oksygen, mikroorganismer og pH. Kunstgjødsel løses raskt opp i jordvannet og gir rask frigivelse av næringsstoffer, men lettere utvasking. Organisk gjødsel vil i mange tilfeller ikke frigi nok næring for optimal vekst, men kan i slike tilfeller suppleres med kunstgjødsel. Kunstgjødsel kan være granulert slik at næringsstoffene blir frigitt sakte, avhengig av temperatur og nedbør. Store mengder gjødsel kan virke giftig på plantene. For mikronæringsstoffene er det kort vei fra nytte til giftighet. Store mengder nitrogen gir mye bladverk og sterk vegetativ vekst, men lite fruktsetting. Stort innhold av nitrat i bladgrønnsaker har helseskadelig effekt, noe som kan oppstå ved kraftig gjødsling med salpeter samtidig med at lysforholdene er dårlige.

Applisering av gjødsel

Plantene har forskjellig gjødselkrav gjennom vekstperioden. Vanligvis gjødsles det i begynnelsen av vekstsesongen, men splitt-applisering med næringstilførsel flere ganger i vekstperioden kan gi bedre utnyttelse. Husdyrgjødsel og kunstgjødsel tilføres jorda i fast, flytende eller gassform med forskjellige typer gjødselspredere. Bløtgjødsel kan blandes med vann og spres som gylle. Ved korndyrking kan gjødsel spres samtidig med såing. Båndgjødsling vil si å plassere gjødsel langs og inntil radene med planter.  Det er viktig for all gjødsel at den nedmoldes raskt for å hindre avrenning. I tørre strøk kan vann og gjødsel tilføres plantene med dryppirrigasjon gjennom tynne plastslanger. Fordelen med dryppirrigasjon sammenlignet med vannspredere er mindre avrenning og gjødsel kan fordeles gjennom vekstsesongen. Bladene holder seg samtidig tørre. Tilførsel av flytende gjødsel setter krav til ikke-korroderende injektorsystemer. Fosfor må tilføres separat ved pH 4 - 5, siden fosfor feller ut mikronæringsstoffer. Fosfor kan også felle ut kalsium og magnesium. I vannkultur (hydroponikk) dyrkes plantene uten jord, og næringen tilføres i flytende form avhengig av behov. pH i næringsløsningen kan kontrolleres med å veksle mellom ammonium og nitrat som nitrogenkilde. Ofte brukes et fast medium rundt røttene som steinull, stein eller sand.

  Planteveksten påvirkes av jordtype, jordstruktur, vanninnhold, lufttilgang, og pH. Kationbytterkapasiteten (CEC -"cation exchange capacity") sier noe om vekstmediets evne til å holde på utbyttbare kationer (NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+ etc.). CEC avhenger av jordtype, og høy CEC angir større mineralreserver. Anionbytterkapasiteten er liten sammenlignet med CEC. Nitrat og klorid vaskes lett ut av jorda og tar med seg basekationer. Mose, bark og sagflis har omtrent samme kationbytterkapasitet.

Jordanalyse er en kjemisk bestemmelse av mengden næringsstoffer i jorda og gir et mål på potensiell tilgjengelig næring. Ved plantevevanalyse får man en oversikt over innholdet av mineralnæringsstoffer i plantene, som eventuelt kan gi indikasjon om det er gunstige næringsforhold.  Sopp dominerer som nedbrytere i sur jord og bakterier dominerer i mer basisk jord.  Sur jord har økt forvitring av kalium (K), magnesium (Mg), kalsium (Ca) og mangan (Mn). pH synker ved nedbrytning av organisk stoff, samt ved sur nedbør. CO2 fra nedbrytning og respirasjon i jorda virker surgjørende. Opptak av ammonium gir økt surhet i jorda, men opptak av nitrat gjør rotsonen mer basisk.  Mikrobiell nedbrytning av organisk stoff gir ammonium og sulfid som kan bli oksidert til henholdsvis nitrat (nitrifikasjon) og sulfat.

H+ fra sur nedbør i nedbørrike områder og naturlig forsuring vasker ut mineralnæring som kalium (K), magnesium (Mg), kalsium (Ca) og mangan (Mn) fra kolloider i jord med liten bufferkapasitet. Jfr. bleikjordslag i podsol og utfelling i et dypere utfellingssjikt i jordprofilet.

   Tørre områder har ikke utvasking, men saltakkumulering og salinisering. Overskudd av mineraler gir redusert vekst i tørre og halvtørre områder. Forvitring frigir K, Mg, Ca og Mn, men disse vaskes ikke ut og forblir i den alkaliske jorda.  Natriumklorid (NaCl) og natriumsulfat (NaSO4) er de mest vanlige saltene i saltjord. Høyt saltinnhold pga. salinisering og eksponering for sjøvann gir toksiske effekter på mange planter (glykofytter), mens saltetolerante planter (halofytter) tåler høyere saltkonsentrasjoner. Saltjord og saltstress gir seleksjon av salttolerante planter og halofytter.  Irrigasjon med 100-1000 g mineraler/m3 og høy evaporasjon i tørre områder bidrar til salinisering.

   Rhizosfære (rotsone) er det nærmeste mikromiljø rundt røttene. Ioner forflyttes til rota med massestrøm og diffusjon, og opptaket er avhengig av konsentrasjon og fluks. Næringsopptaket lager en konsentrasjonsgradient med en næringsuttømmingssone 0.2 - 2 millimeter nær rota, når opptaket i røttene er større enn erstatningen via diffusjon og massestrøm fra jordløsningen.

Overgjødsling, eutrofiering og giftig nitrat

Gjødsel på avveie gir eutrofiering av vann, vassdrag og hav, med algeoppblomstring, døde alger som synker til bunns og lager en anaerob bunnsone. Høye nitratkonsentrasjoner i grønnsaker, drikkevann og grunnvann kan gi helseskadelige effekter.

Forskjellige typer handelsgjødsel

De grunnstoffene i mineralnæringen som det oftest blir mangel på ved intensivt plantedyrking er  nitrogen-kalium- fosfor (NPK) og mikronæring, og disse inngår i kunstgjødsel.  Kunstgjødsel (mineralgjødsel) er en kjemisk og industriell framstilt handelsvare Fullgjødsel® 11-5-17 fra Norsk Hydro (nå Yara) inneholder 11% N (4.6% No3-+6.5% NH4+), 5% P (P2O5) og 17% K (K2O), og i tillegg magnesium, svovel og bor. At den er klorfattig vil si at det er brukt andre kaliumsalter enn kaliumklorid (KCl). Det finnes mange forskjellige typer såkalt NPK-, NK-, P- og PK-gjødsel. Kalksalpeter™ inneholder 15.5% nitrogen og 19% kalsium. Superba (Kristalon ®) er en vannløselig gjødsel som har anvendelse innen hagebruk og veksthusnæring.

Kalking

 pH bestemmer alkalitet eller surhet i jorda og er et mål på konsentrasjonen av protoner (H+) og hydroksylioner (OH-). Ved pH=7 (nøytral) er det like mye H+ og OH-, 10-7 M. Planter trives best på svak sur jord fra pH 5.0 - 6.8 avhengig av art. Potet vokser best på sur jord pH 5 - 6. Løk, spinat, kål og brokkoli trives best ved pH 6.0 - 6.8. Når poteter vokser på sur sandjord kan det lett bli for lite kalsium (Ca2+) og potetene får da et brunt hulrom i midten. Samme symptom kan oppstå ved mangel på bor. Kalium (K+) øker størrelsen på poteten ved å øke vanninnholdet. Kalking vil si å tilføre kalsium (Ca2+), men kalking betyr nødvendigvis ikke at pH øker i jorda. Kalk kan tilføres som brent kalk (CaO), kalksteinsmel (CaCO3, kalsitt), hydratkalk (Ca(OH)2), dolomittkalk (CaMg(CO3)2), eller magnesitt (MgCO3). Brent kalk framstilles ved oppvarming av kalkstein (CaCO3, kalkspat, kalsitt) i en kalkovn ved ca. 1000oC med følgende reaksjon:

CaCO3 → CaO + CO2

Hydratkalk lages ved lesking av brent kalk med vann,  en prosess med sterk varmeutvikling:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Lesket kalk, sand og vann en blanding som ved muring herdes over tid ved opptak av karbondioksid:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Den syrenøytraliserende effekt av brent kalk skyldes:

CaO +  H2O → Ca2+ + 2OH-

Tilgjengeligheten av flere grunnstoffer påvirkes av pH. Blir pH i jorda for høy kan plantene få vanskeligheter med å ta opp jern og mangan og få kalkklorose

Framstilling av kunstgjødsel

Nitrogen

Nitrogen i form av ammoniakk framstilles ved Haber-Bosch-metoden fra hydrogen og nitrogen ved høyt trykk og temperatur (200-400 bar, 400 - 600oC). Hydrogen kommer fra elektrolyse av vann, fra delvis oksidasjon av metan eller katalysert fra metan og vanndamp. Nitrogen kommer fra avkjølt destillert luft. Fritz Haber fikk nobelprisen i kjemi i 1918 og Carl Bosch fikk den i 1931 for utvikling av katalysatoren. I 1904 førte Christian Birkeland og Samuel Eyde oksygen og nitrogen gjennom en elektrisk lysebue og laget nitrogenoksid som kunne omdannes til nitrat (jfr. lys). Denne prosessen la grunnlaget for Norsk Hydro. Denne metoden ble etter hvert for kostbar og erstattet av Haber-Bosch. En annen kunstig måte å fiksere nitrogen er en reaksjon med kalsiumkarbid hvor det dannes kalsiumcyanamid. Kalsiumcyanamid kan hydrolyseres til ammoniakk og urea. I Chile finnes naturlige forekomster av natriumnitrat (Chilesalpeter). Ammoniumfosfat lages ved å tilføre ammoniakk til fosforsyre.  Salpeter er et gammelt navn på kaliumnitrat (KNO3) (l. sal petrae - klippesalt). Lavoisier kalte den luften, som Scheele tidligere hadde funnet, for azote (gr. a - ikke; zotikos - for liv). Med koblingen til salpeter fikk den seinere navnet nitrogène (salpeterdanner).

Fosfor

Fosfor (gr. phosphoros - lysbærer) kommer fra en lite krystallisert apatitt kalt fosforitt (råfosfat, Ca5(OH,F)(PO4)3), som finnes i Nord-Afrika, Canada, Kolahalvøya og Florida). Spesielt i Nord-Afrika er det politiske konflikter knyttet til fosfatforekomstene. Råfosfat er tungtløselig i vann og må løses i svovelsyre eller salpetersyre. Råfosfat løst i svovelsyre gir løselig fosfat i form av Ca(H2PO4)2 og CaSO4, en blanding som kaller superfosfat. Løses råfosfat i fosforsyre dannes trippel superfosfat. Løses råfosfat i salpetersyre dannes kalsiumnitrat som brukes til kalksalpeter. Kalsiumnitrat nøytraliseres med ammoniakk (NH3). Thomasfosfat, et kalsiumfosfatsilikat, kommer som et biprodukt ved framstilling av jern.

Magnesium

Magnesium kan isoleres fra havvann felt ut som magnesiumhydroksid (Mg(OH)2) ved tilsetning av brent kalk (CaO) eller brent dolomitt (CaO-MgO).

Grunnstoff

Utgangsmateriale for gjødsel

Nitrogen

Ammoniumnitrat (NH4NO3); ammoniumsulfat ((NH4)2SO4); kalsiumnitrat (Ca(NO3)2);

kaliumnitrat (KNO3); diammoniumfosfat ((NH4)2HPO4; urea.

Fosfor

Monoammoniumfosfat ((NH4)H2PO4); diammoniumfosfat ((NH4)2HPO4); superfosfat, kaliumfosfat.

Kalium

Kaliumklorid (KCl); kaliumnitrat (KNO3); kaliumsulfat (K2SO4); kaliumfosfat; KMgSO4.

Magnesium

Dolomitt (CaMg(CO3)2; magnesiumsulfat (MgSO4, kieseritt); magnesiumoksid (MgO); KMgSO4

Kalsium

Kalkstein (CaCO3); dolomitt (CaMg(CO3)2; gips (CaSO4); kalsiumnitrat (Ca(NO3)2; superfosfat; trippelsuperfosfat.

Svovel

Svovel; ammoniumsulfat ((NH4)2SO4); gips (CaSO4); magnesiumsulfat (MgSO4); KMgSO4.

Jern

Ferrosulfat (FeSO4); ferrisulfat ((Fe)2(SO4)3; Fe-EDTA (chelat).

Mangan

Nangansulfat (MnSO4); manganoksid (MnO); Mn-EDTA (chelat).

Kobber

Kobbersulfat (CuSO4); kobberklorid (CuCl2); Cu-EDTA.

Bor

Boraks (Na2B4O7 10H2O, natriumborat).

Molybden

Ammoniummolybdat; natriummolybdat (Na2MoO4).

Zink

Zinksulfat (ZnSO4); zinkklorid (ZnCl2); zinkoksid (ZnO); Zn-EDTA

EDTA - etylendiamin tetraedikksyre virker som et chelat. I tillegg trenger grasartene silisium. Generelt har planter ikke behov for natrium, men noen planter vokser bedre hvis litt natrium (Na+) er tilgjengelig. Nitrogenfikserende prokaryoter trenger lite grann krom (Cr). Enzymet urease er et nikkelenzym (Ni). Generelt er mikronæringsstoffer giftige i høye konsentrasjoner.

Bladgjødsling

Plantene har mulighet til å ta opp eller avgi uorganiske og organiske stoffer via blad og andre overjordiske deler. Bladgjødsling med mikronæringsstoffer f.eks. Jern, mangan og kobber kan skje i en tynn vannfilm tilsatt en detergent e.g. Tween 80 som reduserer overflatespenningen. Diffusjon skjer gjennom kutikula eller opptak gjennom spalteåpninger. Spraying med bladgjødsel i kjølig og overskyet vær reduserer uttørking og saltbrenning.  Hos noen akvatiske neddykkete planter er bladene hovedopptaksstedet for grunnstoffer, i motsetning til landplantenes røtter. Det kutiniserte overflatelaget på landplanter består av et celluloseskjelett innsatt med kutin, voks og pektin. Voks skilles ut fra epidermiscellene og består av langkjedete alkoholer, ketoner og estere av lange fettsyrer. De fleste porene i kutikula har diameter mindre enn 1 nanometer (nm), og gjennom disse kan det skje opptak av stoffer. Porene har negative ladninger fra polygalakturonsyre, slik at opptaket av kationer går lettere enn for anioner. En annen rute inn i bladverket er via spalteåpningene. Antallet spalteåpninger varierer fra 20 per mm2 hos sukkulenter til 100-200 per mm2 hos ettårige, og mer enn 800 hos trær. Det er som regel flest på undersiden av bladene. Gjødsel kan tilføres via bladene, men problemer er avrenning fra hydrofobe overflater, avvasking via regn, og inntørking av spray-løsningen. Det er bare en begrenset mengde makrogrunnstoffer som kan tilføres, og bladgjødsling er mest brukt for mikronæringsstoffer. Det kan bli bladskader som følge av høye saltkonsentrasjoner, men bladskadene ser ut til å bli mindre hvis sprayløsningen har lav pH. I mange tørre områder er den øverste jorda så tørr at tilgangen på grunnstoffer blir begrenset. Tilførsel av næring via bladene kan i dette tilfellet være mulig. Frukttrær kan sprøytes med tynn borløsning om høsten for å hindre bormangel. Både svoveldioksid, nitrogenoksid og ammoniakk kan tas opp gjennom spalteåpningene. I et forsøk vi gjør i laboratorieundervisningen, tilføres plantehormonet gibberellin som en dråpe på bladverket til en dvergsort av erter. Plantehormonet tas opp gjennom bladverket og gir økt strekning av planten.

CO2-gjødsling

Under forutsetning av at det ikke er andre vekstbegrensende faktorer vil en økning av CO2-konsentrasjonen utover naturlig bakgrunnskonsentrasjon som er ca. 0.04% kunne gi økt vekst. Det CO2-assimilerende enzymet rubisko har lav affiniteten for substratet CO2 (høy Km-verdi), og ved å øke konsentrasjonen av CO2 som er så øker enzymhastigheten og fotorespirasjonen reduseres. CO2-gjødling blir brukt innen effektiv drivhusdyrking av frukt og grønnsaker.  

Tilbake til hovedside

Publisert 8. mars 2019 14:35 - Sist endret 7. juni 2019 13:10