Forskere undersøger nye løsninger på kvælstofforurening.

I årevis har Davide Cammarano observeret et tydeligt mønster i sine målinger på markniveau. Selv marker der ligger side om side kan vise overraskende store forskelle i udvaskning af kvælstof. Spørgsmålet havde derfor længe været på hans radar. Samtidig vidste Eusun Han fra sin forskning, at rodvækst i marker bliver stærkt påvirket af jordbundsforhold, og at der kan være stor variation på tværs af en enkelt mark.

Da de drøftede dette sammen, kom de frem til en fælles idé, der var værd at undersøge:

”Kan variation i afgrøders rodvækst være årsagen til variation i kvælstoftab i marken?”

Det blev gnisten, der tændte forskningsprojektet VARIANCE. Kort for ”Managing root soil plant spatio temporal variability to optimize nitrogen use and minimize leaching in sustainable agriculture.”

Med støtte fra Danmarks Frie Forskningsfond under programmet Grøn Forskning har VARIANCE som mål at gentænke kvælstofhåndtering ved at forene det, der sker over jorden med det, der sker under jorden og derved støtte den grønne omstilling.

Under overfladen

I årtier har kvælstof været både en velsignelse og en udfordring. Det er afgørende for høje udbytter, men det siver også ud fra marker til vandløb, fjorde og grundvand og bidrager til eutrofiering og udledning af drivhusgasser. Trods fremskridt inden for præcisionslandbrug er tabene fortsat høje, især i Danmarks udpegede sårbare kvælstofområder.

Davide Cammarano og Eusun Han mener, at noget af forklaringen skal findes under jorden.

”Moderne præcisionslandbrug har primært fokuseret på det vi kan se fra oven. Droner, sensorer og satellitkort. Men vi har overset det, der sker nedenunder jordens overflade,” forklarer Davide Cammarano. ”Rodsystemer er dynamiske,” tilføjer Eusun Han, ”de vokser enten dybere eller mere overfladisk alt efter jordtype, vejr og dyrkningsmetode. Og den variation ændrer på, hvor effektivt planterne bruger kvælstof.”

Ved at undersøge hvordan rødder varierer i dybde og tæthed på marker i fuld skala og ikke i et lille, ensartet forsøgsareal skal VARIANCE forstå, hvordan disse mønstre påvirker optagelse og udvaskning af kvælstof. Projektets 11 hektar store mark ved AU Viborg får mere end 80 målepunkter med sensorer, gennemsigtige rør til billeder af rødderne, samt sugeceller, der måler, hvordan kvælstof bevæger sig gennem jorden og ind i planterne.

En digital tvilling af marken

Projektet udvikler også en digital tvilling af forsøgsmarken. En datadrevet model, der afspejler den virkelige mark i en computersimulation. Ved at kombinere rodmålinger, jordbundssensorer og data fra droner og satellitter kan den digitale tvilling simulere, hvordan kvælstof opfører sig under forskellige forhold.

”Hvis jeg skal forkalere det lidt enkelt, så handler det om at et digitalt spejl af marken,” siger Davide Cammarano. ”På den måde kan vi teste forskellige scenarier. Hvad sker der f.eks., hvis vi tilfører mindre kvælstof her, eller hvis foråret bliver vådere et bestemt sted. Målet er at forstå variationen så godt, at vi kan udvikle smartere strategier for gødskning. Strategier, der reducerer tab uden at påvirke udbyttet negativt.”

Davide Cammarano og Eusun Han vil kombinere denne viden under jorden med avanceret modellering. Internationale samarbejdspartnere fra University of Padova og Michigan State University bidrager med ekspertise i sensorteknologi og modeludvikling og vil desuden være værter for yngre forskere.

Fra forskning til samfund

Selv om forskningen kan lyde teknisk, er den samfundsmæssige motivation tydelig. Renere vand, mere robuste landbrug og en smartere grøn omstilling.

”At reducere kvælstoftab handler ikke kun om at leve op til EU regler,” siger Davide Cammarano. ”Det handler om at beskytte vores naturressourcer og sikre at landmænd fortsat kan producere fødevarer på en bæredygtig måde.” Eusun Han tilføjer: ”Hvis vi kan bruge rødder til at skabe bedre drift, så vinder alle fra landmænd til fjorde.”

Projektet understøtter også Danmarks mål om at halvere tabet af næringsstoffer frem mod 2030 i tråd med EU’s Green Deal og Farm to Fork strategi. På længere sigt håber forskerne at VARIANCE kan inspirere nye rådgivningsværktøjer for landmænd og faglige serviceorganisationer og være med til at bygge bro mellem komplekse modeller og praksis i marken.

En ny generation af forskere

Ud over de videnskabelige og miljømæssige mål investerer VARIANCE også i næste generation af forskere. Projektet finansierer både en ph.d. studerende og en postdoc, der får praktisk erfaring med avancerede markforsøg, modellering og internationalt samarbejde.

”Det er vigtigt at unge forskere lærer at forbinde data, modeller og bæredygtighed,” siger Davide Cammarano. ”Fremtidens landbrug vil være afhængigt af mennesker, der kan arbejde på tværs af disse lag.”

Vejen frem

De to forskere er heller ikke i tvivl om, hvordan succes for VARIANCE ser ud.

”Hvis vi om fire år kan sige, at vi forstår, hvordan variation i rødder former tabet af kvælstof, og at vi kan modellere det pålideligt, så har vi taget et stort skridt”, siger Davide Cammarano. ”For når vi først forstår det, kan vi også begynde at styre det.”

Mere information

Titel: Managing root soil plant spatio temporal variability to optimize nitrogen use and minimize leaching in sustainable agriculture (VARIANCE)

Bevilling: Danmarks Frie Forskningsfond Grøn Forskning. 7,2 millioner kroner

Projektleder: Professor Davide Cammarano

Co PI: Lektor Eusun Han

Partnere: University of Padova i Italien og Michigan State University i USA

Varighed: 4 år

Hovedmål:

• At kvantificere hvordan rod dybde og tæthed påvirker kvælstofudvaskning
• At udvikle en datadrevet digital tvilling af marken
• At støtte smartere og mere sted specifik gødskning i tråd med EU’s nitratdirektiv
• At uddanne unge forskere inden for bæredygtigt og databaseret landbrug