NY FORSKNING: När torkan lurar sensorerna – risk för onödig kvävegödsling

Ny forskning visar att rekommendationer för gödsling måste bli bättre på att ta hänsyn till hur mycket vatten det finns i marken – och inte bara vad sensorer säger om kväve.

Dagens lantbrukare har tillgång till allt mer avancerade verktyg för att optimera sin gödsling. System som CropSAT.se och Yara N-sensor använder sensorer som mäter reflekterat ljus från grödan för att beräkna vegetationsindex, vilket i sin tur ger rekommendationer för kvävegivor i realtid.

En grupp forskare vid SLU har under två år undersökt hur perioder av vattenstress i form av torka kan störa beslutsstöden och leda till felaktiga gödslingsbeslut – något som blir allt viktigare att förstå i takt med ökande klimatvariationer.

– Syftet var i första hand att undersöka om olika vegetationsindex från de optiska sensorerna kan användas för att identifiera N-behov respektive vattenstress och på det viset ge en mer nyanserad bild av kvävebehovet vid tilläggsgödsling. Vi tittade också på bilder från drönarburen värmekamera, säger Bo Stenberg, Forskningsledare vid Institutionen för mark och miljö på SLU.

Vattenstress påverkar mätningarna

De vegetationsindex som styr beslutsstöden bygger till stor del på grödans innehåll av klorofyll, som i sin tur speglar kvävehalten. Men samma index kan också påverkas av andra faktorer, som vattenstress. När marken blir torr, minskar växternas förmåga att ta upp vatten, vilket kan få bladen att blekna och leda till att sensorerna misstolkar vattenbristen som kvävebrist.

– Vi hade i tidigare projekt sett att bevattning i vissa situationer kunde ge betydande skördeökningar på uppemot ett par ton per hektar på vissa delar av fält, medan andra delar knappt påverkades alls. Detta trots att skördenivåerna redan låg högt och ingen uppenbar torka förelåg. Detta skulle kunna innebära att även måttlig vattenstress kan utgöra en betydelsefull skördebegränsning. Det kan få betydelse vid användning av optiska sensorer för varierad kvävegödsling, t.ex. CropSAT och Yara N-sensor, vilka förutsätter att kvävet är begränsande, säger Bo Stenberg.

Fältförsök i Västra Götaland

Fältförsök genomfördes under odlingssäsongerna 2020 och 2021. Det blev totalt fem försök i havre, på olika jordtyper i Västra Götaland – allt från lättjord till jordar med högre lerhalt. Försöken kombinerade olika kvävegivor, med och utan bevattning.

Med hjälp av en handhållen sensor som täckte våglängder från 420 till 1000 nm beräknades ett flertal vegetationsindex, bland annat det etablerade NDRE-indexet för kväve och WI-indexet för vattenstatus. Samtidigt användes en drönarmonterad värmekamera för att mäta grödans relativa temperatur – vid vattenstress blir grödan nämligen varmare.

Sensoravläsningarna genomfördes flera gånger under säsongen, och markfukt, nederbörd och temperatur följdes noggrant. I mitten av juni 2021 skördades försöksrutorna och analyser av kväveupptaget gjordes för att verifiera mätningarna.

Torka slår hårdast på lättare jordar

Båda åren bjöd på torra perioder från slutet av maj till mitten av juni. På lättare jordar sjönk växttillgängligt vatten i rotzonen till cirka 25 procent av maximal mängd tillgängligt vatten, vilket anses indikera måttlig vattenstress, medan jordar med högre lerhalt klarade sig bättre.

Effekten på skörden varierade mellan åren. 2020 gav ökad kvävegiva tydliga skördeökningar, särskilt i kombination med bevattning. 2021 hade ökad kvävegiva däremot liten effekt utan bevattning.

Vegetationsindex för kvävestatus visade sig fungera väl för att särskilja olika kvävenivåer utan att påverkas särskilt mycket av måttlig vattenstress, medan vattenindex och värmekamerabilder tydligt identifierade de bevattnade rutorna. Effekterna av vattenstress var dock mest framträdande sent i torrperioderna – vid den tidpunkt då lantbrukaren normalt vill lägga tilläggsgödsling var skillnaderna ännu små.

– Resultaten från projektet befäster uppfattningen att en måttlig, ej uppenbar, vattenstress har betydande effekt på skörden och att risken kan variera inom fält. Detta leder till sämre kväveutnyttjande, ekonomiskt utbyte och ökad risk för läckage. För att kunna ta hänsyn till detta krävs att man vid gödslingstillfället kan förutsäga risken för vattenstress. Resultaten visade att vegetationsindex av den typ som används av Yara N-sensor och CropSAT är mer känsliga för kväveupptag än vattenstress, medan andra fungerar tvärt om. Det är en mycket bra utgångspunkt för funktion och tillförlitlighet hos optiska kvävesensorer. Bilder från värmekameror kunde också visa på områden i fält med måttlig vattenstress. Däremot visade den sig senare än tidpunkten för kompletteringsgödsling. Det minskar i och för sig risken för feltolkning av den optiska sensorn ytterligare, men det blir istället inte möjligt att i realtid anpassa gödslingen utifrån kommande vattenstress, säger Bo Stenberg.

Värmekameror visade sig vara ett användbart verktyg för att kartlägga vattenstressen i fält och kan hjälpa lantbrukaren att anpassa gödslingen bättre. Men för att dessa verktyg verkligen ska komma till sin rätt krävs det mer forskning om hur måttlig vattenstress påverkar kväveutnyttjandet och hur beslutsstöden bör anpassas.

– Även om vattenstress inte kan bestämmas i realtid kan man tänka sig en möjlighet att använda värmekameror för att i förväg, som en mer långsiktig kartering, identifiera områden med ökad risk och där hålla igen med kvävet just för att risken för dåligt kväveutnyttjande är större där. På lätt jord där vattenstressen oftare förekommer på stora delar av fältet, och genom erfarenhet har påverkat den förväntade skörden, skulle det kunna fungera omvänt. Man kan satsa mer på områden med mindre risk. Tillvägagångssättet skulle vara att passa på att göra mätningar med värmekamera när man haft en period med torrt väder. Det är också viktigt att marken täcks av bladverket vid mättillfället, säger Bo Stenberg.

Med ett förändrat klimat, där torra perioder ser ut att bli vanligare, är det viktigare än någonsin att utveckla beslutsstöd som tar hänsyn till vattenstress. Studien visar att kombinationen av vegetationsindex och värmekamera kan ge en bättre bild av grödans verkliga behov – ett steg mot smartare och mer hållbar kvävegödsling.