Bemestingswaarde van spuiwater & dunne fractie van digestaat in bloemkool Inleiding Vlaanderen kampt reeds enige tijd met een complexe nutriëntenproblematiek. Onze regio wordt gekenmerkt door een intensieve rund- varken en pluimveeteelt. Tegelijkertijd gelden strenge Europese eisen m.b.t. de kwaliteit van oppervlaktewater. Deze eisen werden naar Vlaamse context vertaald door onder andere het gebruik van dierlijke mest te plafonneren op 170 kg N/ha. Hierdoor is er in Vlaanderen een overschot aan nutriënten uit dierlijke mest. Momenteel wordt dit opgelost door mestverwerking gecombineerd met export. Zo ontstond de absurde situatie waarbij enerzijds via mestverwerking nutriënten (ammonium en nitraat), die na mestscheiding voornamelijk in de dunne fractie terug te vinden zijn, via biologische verwerking omgezet worden tot inert stikstofgas (N2). Tegelijkertijd wordt in Vlaanderen jaarlijks 70 miljoen kg N (ammonium en nitraat) aangebracht via kunstmest om te voldoen aan de teeltbehoefte voor wat betreft snel beschikbare stikstof. De productie van deze N-houdende kunstmeststoffen vergt evenwel (veel) fossiele energie en is allesbehalve goedkoop. Via de dikke fractie, het andere product bekomen na mestscheiding, worden fosfor en koolstof dan weer geëxporteerd naar voornamelijk Noord-Frankrijk. De productie van kunstmest vereist niet enkel veel energie, het gebruik ervan is tevens een kostelijke aangelegenheid voor de teler. Het (deels) vervangen van kunstmest door producten zoals spuiwater van zure luchtwassers (voor N) en de dunne fractie van digestaat (voor N & K) zou voor een kostenbesparende invulling van de nutriëntenbehoefte van de teelt kunnen zorgen. De werkzaamheid van beide producten ligt namelijk een stuk hoger dan deze van drijfmest. De werkzaamheid van spuiwater kan zelfs deze van kunstmeststoffen benaderen. Er zijn verschillende redenen waarom deze producten momenteel nog niet op grote schaal toegepast worden, één ervan is van wettelijke aard. De dunne fractie van digestaat wordt op dit ogenblik wettelijk beschouwd als dierlijke mest van zodra een gedeelte van de inputstroom die tot het digestaat geleid heeft dierlijke mest was. In de praktijk wil dit zeggen dat quasi alle digestaat, en dus ook de ervan afgeleide dunnen fractie wettelijk als dierlijke mest beschouwd wordt. Bij toediening moet de dunne fractie van digestaat dus als dierlijke mest in rekening gebracht worden. Het kan voorlopig dus niet volledig ter vervanging van kunstmest ingezet worden. De dunne fractie van digestaat bevat voornamelijk stikstof en Kalium. Anderzijds zijn zowel dunne fractie van digestaat als spuiwater ook nog minder gekend bij de sector. Spuiwater wordt wettelijk niet meer beschouwd als dierlijke mest. Het spuiwater uit chemische luchtwassers wordt aanzien als kunstmest. Wanneer het afkomstig is uit biologische luchtwassers valt het onder de categorie ‘andere meststof’. Spuiwater van zure luchtwassers bevat voornamelijk stikstof en zwavel.
Beschrijving van de meststoffen -
Spuiwater van zure luchtwassers
Spuiwater dat erkend wordt als kunstmest is afkomstig van chemische zure luchtwassers in onder andere varkensstallen en composteerinstallaties. De luchtwassers zuigen de stallucht aan. Over die lucht wordt vervolgens een waterige zwavelzuuroplossing over verneveld. Deze oplossing zorgt ervoor dat ammoniakemissies naar de buitenomgeving worden beperkt. De ammoniak van de stallucht reageert met het zwavelzuur in de nevel van de luchtwasser en vormt ammoniumsulfaat. De neerslag van deze nevel vormt het spuiwater. Bij een goed afgestelde luchtwasser reageert alle in de nevel aanwezige zwavelzuur met ammonium, en krijg je een waterige oplossing met een licht zure pH. Deze verschilt naargelang de installatie maar ligt meestal tussen 5 en 6,5 (dit is vergelijkbaar met spuitwater). Bij opstart van de installatie, of wanneer de luchtwasser niet goed afgesteld is, kan het voorvallen dat niet al het zwavelzuur reageert met ammoniak. In dergelijke gevallen kan de pH van het spuiwater ook een stuk lager liggen. -
Dunne fractie van digestaat (DUF-digestaat)
Digestaat ontstaat door vergisting van biomassa. Elke dag gaat er een hoeveelheid biomassa in de vergister en komt er een quasi gelijk volume weer uit onder de vorm van digestaat. Veelal bestaat deze biomassa uit mest, al dan niet in combinatie met een energierijkere stroom (bv. een energiegewas zoals kuilmaïs of organisch biologische afvalstromen). In de mestverwerking wordt digestaat (net als varkens- of runderdrijfmest) gescheiden door een centrifuge in een dikke (vaste) en een dunne (vloeibare) fractie. De dikke fractie die zo bekomen wordt is een goede bodemverbeteraar, die rijk is aan fosfor en koolstof. Dit product wordt meestal geëxporteerd (veelal naar Noord-Frankrijk). De dunne fractie is een vloeibare
materie rijk aan kalium en stikstof. Meestal wordt deze dunne fractie nog verwerkt in een biologie (waar het aanwezige ammonium wordt omgezet naar inert stikstofgas via biologische processen) waarna een kaliumrijk effluent wordt bekomen. In deze proef worden zowel varkensdrijfmest, digestaat van varkensdrijfmest, spuiwater als de dunne fractie van digestaat aangewend (naast minerale kunstmeststoffen (ammoniumnitraat 27% en patentkali 30%). De samenstelling ervan wordt hieronder gegeven. Tabel 1: Nutriëntensamenstelling van de gebruikte organische meststoffen en kunstmestvervangers (in g/kg VS) product Varkensdrijfmest Spuiwater DUF digestaat Ruw digestaat
NH4-N 4,5 36,0 3,0 3,5
Totale N 6,0 43,0 3,5 5,9
P2O5 2,4 0,0 0,1 4,3
K2O 5,1 0,0 2,9 3,4
Ca 1,5 0,0
Mg 2,0 0,0
Proefopzet Om na te gaan in hoeverre minerale kunstmeststoffen (deels) vervangen zouden kunnen worden door snelwerkende alternatieven afkomstig uit dierlijke mest werden er door Inagro al een aantal veldproeven aangelegd in maïs. Als testgewas voor de in dit artikel besproken proef werd gekozen voor de eerste vrucht bloemkool omdat deze teelt behoefte heeft aan een hoge beschikbaarheid van minerale N in het bewortelde gedeelte van de bodem. Omdat de proef aangelegd werd in het voorjaar (op een perceel met korrelmaïs als voorvrucht) was de vrijstelling van minerale N via mineralisatie beperkt zodat de bemestingswaarde van de gebruikte meststoffen duidelijk waarneembaar zou moeten zijn. Omwille van dezelfde reden was ook de invulling van de N – bemesting zeer scherp (achteraf gezien misschien iets te scherp). In de aangelegde bemestingsproef werd de gangbare N-bemestingspraktijk in bloemkool, waarbij een basisbemesting met varkensdrijfmest aangevuld wordt met een bemesting met kunstmest, vergeleken met een aantal alternatieven zoals spuiwater en de dunne fractie van digestaat. In Tabel 2 wordt een overzicht gegeven van de uitgevoerde bemestingen. Alle bemestingen werden toegediend bij aanplant van de kolen. De toegediende hoeveelheden werkzame N werden berekend op basis van de analyseresultaten van de toegediende meststoffen. Aangezien op de meeste objecten organische meststoffen gebruikt werden, die qua samenstelling vaak vrij heterogeen kunnen zijn, is deze berekening slechts een benadering van de werkelijk toegediende hoeveelheid N. Deze proef werd aangelegd in 3 herhalingen
Tabel 2: Overzicht van de uitgevoerde bemestingen Behandeling Obj 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Dierlijke mest Varkensdrijfmest ton/ha kg N/ha kg K2O/ha 13,2 65 67
VDM + kunstmest Digestaat + 0 0 kunstmest Zuiver mineraal 0 0 VDM+spuiwater+ 12,8 63 DUF digestaat VDM+spuiwater 13,2 65 Digestaat+DUF 0 0 digestaat+kunstmest Digestaat+DUF 0 0 digestaat+kunstmest VDM+DUF digestaat 12,8 63 + kunstmest VDM+ DUF digestaat 12,5 62 VDM = varkensdrijfmest; DUF digestaat
ton/ha 0
Kunstmestvervangers Digestaat kg N/ha kg K2O/ha 0 0
ton/ha 0
spuiwater kg N/ha kg K2O/ha 0 0
Kunstmest
Dunne fractie digestaat ton/ha kg N/ha kg K2O/ha 0 0 0
Ammonium-nitraat 27 % kg N/ha 153
Totaal Patentkali 30% kg K2O/ha 68
Werkzame N kg/ha 218
K2O kg/ha 135
0
15,1
64
51
0
0
0
0
0
0
143
84
207
135
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
232
135
232
135
65
0
0
0
2,0
71
0
24
84
70
0
0
218
135
67
0
0
0
4,2
153
0
0
0
0
0
68
218
135
0
14,5
61
49
0
0
0
29,5
103
86
43
0
208
135
0
14,3
60
49
0
0
0
42,1
147
122
0
0
208
171
65
0
0
0
0
0
0
24,1
84
70
71
0
219
135
64 0 0 0 = dunne fractie van digestaat
0
0
0
44,8
157
130
0
0
219
194
Organische bemestingen (en bemestingen met kunstmestvervangers) werden toegediend op 25/03/2013 door te injecteren kort voor ploegen. Omwille van de dikwijls hoge concentraties ammoniakale stikstof aanwezig in spuiwater en in de dunne fractie van digestaat kunnen de ammoniakale verliezen aanzienlijk zijn, zeker in warmere omstandigheden. Door de meststoffen te injecteren en daarna te ploegen kunnen deze verliezen beperkt gehouden worden. Bij deze proef gebeurde de toediening bovendien in vrij frisse omstandigheden, wat het risico op vervluchtiging verder beperkt. Minerale kunstmeststoffen werden breedwerpig toegediend bij het klaarleggen van het perceel, op 31/03/2014. De dag erop werd geplant. Bij aanvang van de proef was de algemene bodemvruchtbaarheid van het perceel goed. Fosforbeschikbaarheid was zelfs zeer hoog (PAL = 60 mg/100g droge grond). Zowel de pH (6,5) als het koolstofgehalte (1,27 %) van de bouwvoor lagen binnen de streefzone voor een perceel met een lemige textuur. In 2013 werd korrelmais geteeld op het proefperceel. Vertering van de oogstresten van die korrelmais kunnen geleid hebben tot vastlegging van een gedeelte van de minerale N die bij aanvang van de proef gegeven werd. De kolen werden gesneden in twee snijbeurten: op 13/06/2014 en 16/06/2014. Tijdens de tweede snijbeurt werden alle nog aanwezige kolen gesneden om snel plaats te maken voor een tweede teelt. Aangezien het grootste gedeelte van de kolen gesneden werd op 13/06/2013 en er ook geen significante verschillen tussen de behandelingen waargenomen konden worden (zie Tabel 3), kunnen we ervan uitgaan dat het vervroegd afronden van de proef weinig impact gehad heeft op de uiteindelijke resultaten.
Opbrengst, kwaliteit en N-opname door de teelt Tabel 3 : Opbrengst, kwaliteit en N-opname door de bovengrondse delen van de bloemkool Obj
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Gemiddelde *VC (%) **KWV 5% p-waarde
Gewasopbrengst Bol Blad kg/ha kg/ha 39053 a 46956 39289 a 52722 41758 a 52874 34160 a 54630 38331 a 48019 38044 a 50701 36465 a 48414 40482 a 53357 39288 a 50573 38541 50916 11 8 7489 6663 0,620 0,249
Kwaliteit Extra (%) Klasse I (%) b ab ab a ab ab ab ab ab
43,01 52,09 40,91 51,34 50,51 55,91 42,39 51,65 44,71 48,06 22,8 18,97 0,679
a a a a a a a a a
8,6 7,53 14,75 11,93 7,26 9,58 14,61 9,89 11,3 10,61 77,48 14,23 0,936
a a a a a a a a a
% eerste snijbeurt 75,27 79,37 68,92 78,83 73,07 68,97 54,19 81,4 62,79 71,42 19,88 24,59 0,3837
a a a a a a a a a
N-opname in bovengrondse delen Blad Bol totaal kg N/ha kg N/ha kg N/ha 122 a 85 a 206 119 ab 88 a 207 106 ab 89 a 194 83 b 67 a 150 106 ab 80 a 187 110 ab 73 a 183 106 ab 68 a 174 135 a 85 a 220 104 ab 82 a 186 110 80 190 17 14 14 33 19 46 0,180 0,169 0,146
a a ab b ab ab ab a ab
Waarden gevolgd door eenzelfde letter zijn niet significant verschillend bij een significantieniveau groter dan de p-waarde * VC = variatiecoëfficiënt ** KWV = kleinste waardeverschil bij significantieniveau van 5 %
Tabel 3 geeft een overzicht van de behaalde opbrengsten, bovengrondse biomassaproductie, kwaliteit en N-opname voor de verschillende objecten aangelegd in de proef. Wat direct opvalt is dat zowel de kool- als de bladproductie weinig verschillen. Ook de variatiecoëfficiënten zijn hier vrij laag. Op het eerste zicht lijkt het er dus op dat alle behandelingen een gelijkwaardige (relatief lage) bemesting ontvingen. Behandeling 3, waar enkel minerale kunstmest gebruikt werd, geeft de hoogste bolopbrengst. Deze verschilt wel niet zoveel van de andere objecten, bovendien kreeg deze behandeling iets meer werkzame N dan de andere objecten (door de heterogene samenstelling van VDM en digestaat en de onzekerheid op de analyseresultaten werd ervoor gekozen scherp (dicht tegen, zelfs licht onder de gewasbehoefte) te bemesten zodat een eventueel sterker dan verwachte N-vrijstelling de proefresultaten niet zou verdoezelen). Behandeling 4, een combinatie van varkensdrijfmest, spuiwater en dunne fractie van digestaat geeft de laagste bolopbrengst gecombineerd met een hoge bladopbrengst. De lage bolopbrengst is hier wel voornamelijk te wijten aan 1 van de 3 herhalingen. In de twee andere herhalingen is de bolopbrengst vergelijkbaar met de rest van de proef. Er werd ook geen extra uitval waargenomen. De lagere bolopbrengst is te wijten aan kleinere kolen (in 1 herhaling). Een andere verklaring dan de heterogeniteit van de toegediende organische meststoffen hebben we hiervoor niet. De lage N-opname in zowel blad als kool doet vermoeden dat de bemesting hier te scherp geweest is. Of dit tekort te wijten was aan een algemene lagere bemestingswaarde van de gebruikte meststoffen of een gevolg was van de heterogeniteit van de organische meststoffen valt niet met zekerheid te bepalen. Het feit dat de lagere opbrengst slechts op 1 van de 3 veldjes waargenomen werd, doet vermoeden dat de heterogeniteit van de meststoffen niet uitgesloten mag worden.
Minerale N-beschikbaarheid in de bodem en nitraatresidu Tabel 4: Minerale N-beschikbaarheid in de bodem voor bemesten, tijdens de teelt en bij oogst Obj
Minerale N beschikbaarheid voor bemesten (11/03/2014) NH4-N(0-90 cm)
NO3-N (0-90 cm)
Minerale N - beschikbaarheid tijdens de teelt (9/05/2014) NH4-N NO3-N 0-90 cm
0-30 cm
1 31 2 37 3 26 4 18 5 6 21 16 6 29 7 14 8 28 9 14 Gemiddelde 24 VC (%) KWV 5% p-waarde * VC = variatiecoefficient ** KWV = kleinste waardeverschil bij significantieniveau van
179 182 175 239 240 152 160 168 172 185
NH4-N
30-60 cm
60-90 cm
0-90 cm
0-90 cm
24 22 18 30 37 23 32 24 44 28
29 22 29 18 23 23 18 37 21 24
232 226 222 287 300 198 209 229 237 238
12 10 7 8 7 3 12 4 2 7 95 12 0,579
Minerale N-beschikbaarheid bij oogst (16/06/2014) NO3-N 0-30 cm a a a a a a a a a
32 48 46 26 61 14 10 21 21 31 81 44 0,274
30-60 cm ab ab ab ab a ab b ab ab
9 12 12 6 17 9 10 7 11 10 46 9 0,268
Nitraatresidu NO3-N
60-90 cm ab ab ab b a ab ab ab ab
17 18 19 9 15 20 20 13 17 17 31 10 0,251
0-90 cm a a a a a a a a a
57 78 77 41 93 44 40 40 50
a a a a a a a a a
58 50 52 0,241
5%
In Tabel 4 wordt een overzicht gegeven van de analyseresultaten op de bodemstalen genomen tijdens de proef. Het nitraatresidu bij oogst van de teelt overschreed – met uitzondering van behandeling 5 - nergens de drempelwaarde. Voor een bloemkoolteelt is dit op zich al een prestatie (er werd dan ook zeer scherp bemest en in sommige objecten was de opbrengst suboptimaal, hoewel geen significante verschillen waargenomen werden was het onderscheidend vermogen van de test ook zeer laag). In de meeste objecten lag de minerale N bij oogst in de bewortelde zone (0-60 cm) onder het latente N-niveau van 80 kg N/ha. De latente stikstofvoorraad is de minimale hoeveelheid minerale stikstof die in de bewortelde zone aanwezig moet zijn om een optimale groei toe te laten. Uit vergelijking van de opbrengstniveaus van verschillende bemestingsproeven werd een cijfer van 80 kg N/ha vooropgesteld voor een eerste vrucht bloemkool. Dit cijfer is afhankelijk van de algemene bodemvruchtbaarheid (structuur, %C…). Hoe beter de algemene bodemvruchtbaarheid, hoe lager de latente stikstofvoorraad mag zijn. We kunnen er toch van uitgaan dat bij het einde van de teelt in de meeste behandelingen een licht tekort ervaren werd. Bij de tussentijdse staalname op 9/05/2014 merken we ook dat de toegediende minerale stikstof niet uitspoelde naar diepere bodemlagen, maar teruggevonden werd in de bovenste bodemlaag. Bij oogst wordt quasi geen minerale N teruggevonden in de diepste bodemlaag. De toegediende minerale N werd dus opgenomen door de teelt. De toegediende organische meststoffen kunnen wel nog aanleiding geven tot N-vrijstelling via mineralisatie na de oogst, In deze proef werd dit niet opgevolgd. Het voorjaar van 2014 was relatief koud, mineralisatie van stikstof uit bodem organische stof (en de organische fractie van de toegediende meststoffen) kwam dus maar langzaam op gang. Als dan nog eens in rekening gebracht wordt dat de oogstresten van de voorteelt (korrelmaïs) voor hun vertering beslag leggen op een gedeelte van de aanwezige minerale stikstof in de bodem, dan kunnen we besluiten dat de N-vrijstelling via mineralisatie tijdens deze teelt verwaarloosbaar is. Wat uiteraard niet wil zeggen dat er tijdens de tweede vrucht of andere volgteelt geen sterke mineralisatie kan optreden.
Leidt het gebruik van spuiwater tot een versnelde daling van de bodem-pH? Er wordt wel eens beweerd dat het gebruik van spuiwater van zure luchtwassers kan leiden tot een versnelde daling van de bodem-pH. Spuiwater is immers voor een gedeelte een afbraakproduct van zwavelzuur. Indien er geen onregelmatigheden optreden bij het afstellen van de zure luchtwasser, is spuiwater nochtans maar een licht zuur product. Het zwavelzuur reageert namelijk met de ammoniak uit de lucht. Een typische pH voor spuiwater van een goed afgestelde luchtwasser is 5 6,5. Dit is minder zuur dan de meeste frisdranken. Bij een slechte afstelling van de luchtwasser kan het zijn dat zuiver zwavelzuur in het spuiwater terechtkomt. In dat geval kan de pH fors lager liggen. Zelfs bij gebruik van spuiwater met een pH van 2,01 (in voorgaande proeven aangelegd door Inagro) werd geen scherpe pHdaling waargenomen. De bodem heeft namelijk een buffercapaciteit, bepaald door het organische stofgehalte en het kleigehalte in de bodem die plotse pH schommelingen tegengaat. Tabel 5: pH (H2O) waarde gemeten per veldje bij oogst. Object pH
1 7,13
2 7,23
3 7,29
4 7,15
5 7,11
6 7,31
7 7,22
8 7,14
9 7,21
De slechts zeer kleine verschillen tussen de verschillende behandelingen wijzen er in elk geval op dat spuiwaters en de dunne fractie van digestaat de bodem niet meer aanzuren dan minerale meststoffen.
Besluit In deze proef werd scherp bemest, rekening houdende met eventuele N-immobilisatie door vertering van de oogstresten van de korrelmaïs van het jaar ervoor zelfs zeer scherp. In vergelijking met de zuiver minerale bemesting werd op objecten met een organische bemesting iets minder werkzame stikstof toegediend. Dit om eventueel sterke N-vrijstellingen op te vangen en zo toch nog verschillen in bemestingswaarde waar te kunnen nemen. De koolopbrengsten lagen iets lager dan optimaal, object 3 gaf de hoogste opbrengst, maar dit object heeft ook de hoogste dosis minerale N gekregen. Opbrengsten van de andere objecten waren vergelijkbaar met de opbrengst van het referentieobject ‘varkensdrijfmest aangevuld met kunstmest’ (object 1). Object 4 (VDM + spuiwater + DUF digestaat) gaf een lager dan gemiddelde koolopbrengst. Deze lagere opbrengst is volledig te wijten aan de lagere opbrengst op 1 veldje. In object 4 werd ook een lager dan gemiddelde N-opname gemeten, wat er op kan wijzen dat er bij dit object meer dan bij de andere objecten een N-tekort optrad. In het algemeen is het moeilijker om de minerale N-vrijstelling uit organische (varkensdrijfmest, digestaat) meststoffen goed in te schatten vergeleken met minerale meststoffen. Dit neemt niet weg dat organische meststoffen zinvol ingezet kunnen worden in bloemkool. Zeker als tijdens de tweede vrucht gewerkt wordt met een bijbemesting tijdens de teelt op basis van een bodemstaal. Op het moment van staalname is de meeste stikstof uit de organische mest vrijgekomen en kan op basis van het bodemstaal bijgepast worden met minerale N. Bij de oogst was de beschikbaarheid van minerale N in de bewortelde zone bij alle objecten laag tot zeer laag. Er spoelde ook geen N uit naar diepere bodemlagen. De beperkte verschillen in bodem pH tussen de verschillende objecten gemeten bij oogst lijken te suggereren dat het gebruik van spuiwaters geen negatief effect heeft op de bodem pH (toch niet meer dan andere meststoffen). Om dit met zekerheid te kunnen stellen is meerjarig onderzoek nodig. In deze proef werden vrij vergelijkbare resultaten bekomen met zowel spuiwater, dunne fractie van digestaat als minerale kunstmest. Een aandachtspunt voor verder onderzoek is de heterogeniteit in de samenstelling van de gebruikte varkensdrijfmest of digestaat en hoe dit in rekening te brengen bij standaardiseren van vervangscenario’s.
Tomas Van de Sande, Bart Ryckaert, Anke De Dobbelaere (Inagro, Rumbeke-Beitem) Brecht Annicaert, Erik Meers, Ivona Sigurnjak (Universiteit Gent)
Dit onderzoek kadert binnen het ARBOR-project: 'Accelerating Renewable Energies through valorisation of Biogenic Organic Raw material’ met steun van het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling via INTERREG IVB, het Vlaams Energieagentschap (VEA), Agentschap Ondernemen en de provincie West-Vlaanderen.
