Optimalisering van stikstofbehoeftes en – benutting = beter waterbenutting

July 2018

DR ERIK ADRIAANSE, bestuurder: produkontwikkeling en tegniese ondersteuning, Sasol

Die meeste voedsel word met natuurlike reënval geproduseer, terwyl ontwikkeling in ‘n groot aantal lande met die gepaardgaande toename in die bevolking minder landbougrond per persoon vir voedselproduksie tot gevolg het. Hierdie verwagte afname is 20% van ‘n huidige 2 250 m²/persoon tot 1 800 m²/persoon in 2050 (Argus Media, 2017). Terselfdertyd beteken dit ook dat minder natuurlike reënval/persoon/m² vir voedselproduksie opgevang kan word.

Sekere areas word stelselmatig al warmer en droër weens klimaatsverandering en dit lei tot ’n verdere afname in gewasproduksie. Die wêreldwye proporsionele verdeling van waterverbruik vir ontwikkelde lande is 62% vir besproeiing, 22% vir industrieë, 13% vir huishoudelike gebruik en 3% vir diereproduksie (Argus Media, 2017), maar die gedeelte vir besproeiing raak toenemend kleiner.

Aan die ander kant word verwag dat die wêreldbevolking met 17% van ‘n huidige 7,7 miljard tot nagenoeg 9 miljard in 2050 sal toeneem (Argus Media, 2017). Die druk op landbou om waterbenutting (opbrengs/mm grondwater) te verbeter, asook die behoefte om voedsel van waterryker dele na waterarmer dele te vervoer om ‘n toenemende wêreldbevolking te voed, sal dus na verwagting in die onmiddellike toekoms drasties toeneem.

Benutting en opgaar van grondwater
Verskeie landboukundige praktyke het tot dusver bygedra tot die benutting en opgaar van grondwater. Diep skeurploegbewerkings van verdigte sandgronde en die verbetering van ondergrondse versuring het beter benutting van ondergrondse water tot gevolg gehad. Geenbewerking- en minimumbewerkingspraktyke het waterindringing verbeter en verdampingsverliese verminder deur die vorming van ‘n deklaag op die grondoppervlakte.

Die vermindering van tussenryspasiëring en die vermeerdering van intraryspasiëring het die kompetisie vir water tussen plante verminder, maar het terselfdertyd verdamping verminder deur ‘n groter blaredak oor ‘n groter grondoppervlakte te realiseer. Verhoging in organiese materiaalinhoud het waterindringing en waterhouvermoë van gronde verbeter. Besproeiingstelsels, toerusting en skedulering is verbeter. Wortelverspreidings en droogteweerstandbiedendheid is geneties verbeter.

Voldoende voeding en waterbenutting
Grondvrugbaarheid, wat alle noodsaaklike voedingselemente insluit, hou direk verband met die benutting van grondwater. Gewasse wat voldoende gevoed is, word in staat gestel om tot hul volle genetiese potensiaal te ontwikkel en om ook die maksimum hoeveelheid water te onttrek.

Goed gebalanseerde grondvrugbaarheid sal waterdreineringsverliese en -verdampingsverliese verminder, maar sal terselfdertyd
ook transpirasie en opbrengs verhoog. Stikstof (N) is die element wat in die grootste hoeveelhede opgeneem word. Dit is ook die element wat die meeste vir die produksie van droë massa en graanopbrengs verantwoordelik is.

Bestuur N versigtig
Terselfdertyd is N die element wat die meeste deur vervlugtiging en loging verlore gaan, maar ook die element wat die meeste vir toksiese effekte verantwoordelik is. Die versigtige bestuur van N-voorsiening gedurende elke seisoen sal die grootste deel van die gaping tussen potensiële opbrengs (soos bepaal deur grondwater en genetiese potensiaal) en verkreë opbrengs vul (Sadras en McDonald, 2012), met die gevolg dat waterbenutting ook verbeter sal word.

Die ekonomiese optimale N-peil is gewoonlik 95% tot 100% van die N-peil wat benodig word vir maksimum opbrengs. Stikstofbenutting (kg opbrengs/kg N toegedien) sal egter afneem met toenemende N-peile. Dit sal die laagste wees by maksimum opbrengs en sal selfs nóg laer wees by oorvoorsiening van N.

In die eerste plek behoort die doel met N-bestuur altyd te wees om opbrengs en wins bo alle produksiekostes te optimaliseer en in die tweede plek om stikstofbenutting te verbeter. Die verbetering van stikstofbenutting behoort opbrengs te verhoog en die ekonomiese optimale N-peil om hierdie opbrengs te verkry, te verlaag.

Die maksimalisering van stikstofbenutting per se behoort nooit die doel te wees nie, want dit sal wins bo kostes en waterbenutting verlaag. Vukovic (2008) het byvoorbeeld uitgewys dat maksimum stikstofbenutting vir koring 24 kg opbrengs/kg N by toedienings van 100 kg N/ha en ‘n opbrengs van 5,51 t/ha was, teenoor ‘n stikstofbenutting van 14 kg opbrengs/kg N by toedienings van 300 kg N/ha en ‘n opbrengs van 7,48 t/ha.

Gegewe dat die primêre doelstelling die optimalisering van N-peile vir die beste ekonomiese rendement op alle produksiekostes is en die sekondêre doelstelling die verbetering van stikstofbenutting is, moet die onvermydelike aanvaar word dat ‘n redelike gedeelte van toegediende N nie in ‘n bepaalde seisoen benut sal word nie, maar moet dit ook besef word dat die onbenutte N nie alles verlore sal gaan nie.

‘n Groot gedeelte van die onbenutte toegediende N sal van een seisoen na die volgende oorgedra word (30 kg tot 254 kg N/ha; 0 m tot 1,2 m grond diepte, Dobermann et al., 2011). Die skrywer (Adriaanse, 2017) het ‘n negatiewe verband tussen mielieopbrengs en residuele anorganiese N in die boonste gedeelte van ‘n watertafel-sandgrond aangeteken. Nagenoeg 25% van onbenutte anorganiese N sal in die organiese poel gestoor word (Sawyer, 2017).

N-bemesting lewer ook ‘n bydrae om die organiese poel in stand te hou indien dit nie benut word of verlore gaan nie. Verder sal ten minste ‘n gedeelte van die N wat na die dieper grondwater en riviere loog, weer benut word wanneer daar met die water besproei word. Dobermann et al. (2011) het aangetoon dat 20 kg tot 90 kg nitrate-N/ha deur besproeiingswater toegedien word. Residuele anorganie­se N asook die N in besproeiingswater behoort bepaal te word en in berekeninge vir N-behoeftes van die volgende seisoen ingesluit te word.

Stikstofbenutting
Stikstofbenutting het oor ‘n 50 jaar-periode (1960 tot 2010) van 68% tot 47% oor alle stelsels en 124 lande weens ‘n toename in N-peile afgeneem (Lassaletta et al., 2014). Stikstofbenutting is egter van 1980 tot 2010, tot meer as 60% verhoog in lande soos VSA, Frankryk, Griekeland en Holland ten spyte van ‘n gemiddelde afname oor alle lande (Lassaletta et al., 2014).

Wartmann et al. (2011) het ‘n gemiddelde N-herwinning in bo­grondse plantdele van 60% tot 70% by die ekonomiese optimale N-peil van 171 kg/ha vir mielies by ‘n opbrengs van 14,7 t/ha oor 32 besproeiingsproewe in Nebraska, VSA, aangeteken. Die organiese materiaalinhoud het van 0,7% tot 3,4% in die gronde tussen die proewe gevarieer. Die hoeveelheid N wat by die ekonomiese optimale N-peil opgeneem is, was 262 kg N/ha. Die relatiewe lae optimale N-peil in verhouding tot N-opname kan toegeskryf word aan aansienlike benutting van residuele anorganiese N in die grond, gemineraliseerde N uit organiese materiaal en nitraat-N in besproeiingswater.

Afgesien van die voorsiening van genoegsame N en die maksimalisering van wins bo kostes is die motivering vir voortdurende verbetering van stikstofbenutting boonop om toksiese vlakke van nitraat-N vir mense en diere in dieper grondwater en riviere te voorkom, asook om atmosferiese N-verliese, wat bydra tot aardverwarming en klimaatsverandering, te verminder.

Stel begroting op vir N-behoefte
Die bestuur van N behoort lank voor planttyd te begin deur die opstel van ‘n begroting vir N-behoefte. Die verwagte N-opname in die totale bogrondse groei word afgelei van die verwagte opbrengs. Residuele anorganiese N (nitraat-N en ammonium-N) moet ten minste tot ‘n diepte van 600 mm bepaal word. Organiese materiaalinhoud tot ‘n diepte van 300 mm is ‘n aanduiding van potensieel-mineraliseerbare N. Die hoeveelheid N wat moontlik vir elke persentasie organiese materiaal gemineraliseer kan word, is 45 kg N/ha.

Formule vir die N-behoeftebegroting:
N-behoefte = verwagte N-opname minus residuele N minus mineraliseerbare N minus N in besproeiingswater

Die verfyning en aanpassing van die voorafopgestelde begroting gedurende die seisoen volgens die volgende metings/waarnemings is krities:

• N-bepalings in die grond (0 mm – 600 mm diep), voor en/of na bo-bemesting.
• Blaarontledings vir N gedurende spesifieke groeistadia.
• Chlorofil-pigment-skandeerders en/of blaredak-weerkaatsing­skandeerders by spesifieke groeistadia. Hierdie bepalings maak ook veranderlike toedienings binne die seisoen volgens ruimtelike variasie moontlik.
• Visuele waarneming van moontlike vroeë N-translokasie of N-tekortsimptome.

Logingsverliese kan soos volg verminder word:

• Die sinkronisering van N-toedienings met die periode van maksimum opname.
• Meervoudige N-toedienings gedurende die seisoen.
• Die toediening van N-bronne wat meer geredelik vir opname beskikbaar is. Ammoniumnitraat-gebaseerde produkte soos kalksteenammoniumnitraat (KAN), ammoniumnitraatoplossing, kaliumnitraat, kalsiumnitraat en ammoniumsulfaat is dadelik beskikbaar vir opname, terwyl ureum eers na ammonium en nitraat omgeskakel moet word. Ammonium-N afkomstig van ammoniumsulfaat en ammoniumnitraat sal nie loog voordat dit na nitraat-N omgeskakel word nie, terwyl ureum dadelik sal loog. Ook wanneer ammoniak direk in die grond toegedien word, sal dit in die grondwater oplos om ammonium, wat nie in die vorm sal loog nie, te vorm.

Vervlugtigingsverliese kan soos volg verminder word:

• Meganiese grond-inkorporering van alle N-bronne of die in-wassing van ureum en nitraat in die grond in, sal die verliese van ammoniak (NH₃) en atmosferiese stikstof (N₂ en N₂O) verminder.
• Ammoniumnitraat-gebaseerde produkte en ammoniumsulfaat sal betekenisvol minder vervlugtig as ureum of ureum plus urease-inhibeerders. Ureum sal die meeste vervlugtig en dit sal vererger word deur hoë temperature, hoë pH en plantresidu’s op die grondoppervlakte. Urease-inhibeerders wat saam met ureum toegedien word, sal ‘n bydrae lewer om ammoniakverliese te verminder, maar dit word nie aanbeveel wanneer vinnige opname van N nodig is nie.
• Gronde wat langdurig met water versadig is, moet gedreineer word om atmosferiese N-verliese van nitraat-N deur die proses van denitrifikasie te verminder. Hierdie stap sal N-opname en waterbenutting ook verbeter.

Slotopmerkings
Afgesien van N-bestuurspraktyke wat N-toedienings optimaliseer en N-verliese beperk, behoort gewasrotasiestelsels wat peulgewasse insluit ook bevorder te word ten einde atmosferiese N te bind.

Die beraamde N-krediet weens die verbouing van sojaboon, droëbone, lusern, soetklawer/rooiklawer en suikerbeet op sandgrond is 34 kg, 28 kg, 112 kg, 90 kg en 56 kg N/ha onderskeidelik (Shapiro et al., 2008).

Bewaringslandboupraktyke wat die organiese materiaalinhoud van gronde verhoog en sodoende ook die N-leweringsvermoë sal verhoog, moet bevorder word.

Beide bogenoemde praktyke sal die benutting van toegediende N, sowel as die benutting van plantbeskikbare grondwater verbeter.

Verwysings
Adriaanse, FG and Human JJ. 1993. Effect of time of application and nitrate: Ammonium ratios on maize grain yield, grain N concentration and soil mineral N- concentration in a semi-arid region. Field Crops Research 34, 57 – 70.
Argus Media. 2017. Water soluble fertilisers: The perfect solution. info@argusmedia.com
Doberman, AR, Wortman, CS, Ferguson, RB, Hergert, GW, Shapiro, CA, Tarkalson, DD and Walters, DT. 2011. Nitrogen response and economics for irrigated corn in Nebraska. Agron. J. 103: 67 – 75.
Lassaletta, L, Billen, G, Grizzetti, B, Anglade, J and Garnier, J. 2014. 50 year trends in nitrogen use efficiency of world cropping systems: The relationship between yield and nitrogen input to cropland. Environ. Res. Lett. 9 105 011.
Sadras, V and McDonald, G. 2012. Water use efficiency of grain crops in Australia: Principles, benchmarks and management. Grain Research & Development Corporation: Australia.
Sawyer, JE. 2017. Nitrogen use in Iowa corn production. Iowa State University: Ames, Iowa.
Shapiro, CA, Ferguson, RB, Hergert, GW, Wortman, CS and Walters, DT. 2008. Fertiliser suggestions for corn. University of Nebraska: Lincoln.
Vukovic, I, Mesic, M, Zgorelec, Z, Jurisic, A, and Sajko, K. 2008. Nitrogen use efficiency in winter wheat. VII Alps-Adria Scientific Workshop: Stara Lesna, Slovakia.
Wortman, CS, Tarkalson, DD, Shapiro, CA, Doberman, AR, Ferguson, RB, Hergert, GW and Walters, DT. 2011. Nitrogen use efficiency of irrigated corn for three cropping systems in Nebraska. Agronomy Journal 103: 76 – 84.

Publication: July 2018

Section: Focus on