FORSØK: Overflatekompostering med Terra Biosa.




Terra Biosa øker den biologiske aktiviteten i jorda!

Biosa Norge hadde i vekstsesongen 2022 et forsøk der vi sammenlignet overflatekompostering med og uten Terra Biosa.

Forsøket var delfinansiert av Forregion, og i samarbeid med Norsøk, Vibhoda i Sunn Jord og feltvert og forsker Dag Molteberg.


Rapporten under er utarbeidet av Dag Molteberg, intern rapportering i prosjektet


Figur 1. Utlegg av forsøksruter med størrelse
Figur 1. Utlegg av forsøksruter med størrelse

Forsøksdesign

Det ble lagt ut 8 ruter på skiftet Modal som ble fulgt gjennom sesongen, 4 med biosabehandling (10 l/daa) og 4 uten behandling (0 l/daa). 

Hver rute var ca 8,5 m brede og 25 m lange. Mellomrom mellom ruter var ca 3,5 m (en treskerbredde) i bredde og 25 m i lengderetning.

I figur 1 er det vist hvordan rutene ble lagt.


Fra Øsaker målestasjon er det hentet ut kumulativ sum av døgngrader og nedbør for vekstsesongen 2022, se figur 2 og https://lmt.nibio.no/stationinfo/118/. Fra denne ser man at for 20/4-22 var kumulativ sum 16,5 døgngrader som tilsvarer 1 % av total sum for hele sesongen (1666 døgngrader). Det var også denne dagen jordtemperatur gikk over 5 grader i 1 og 10 cm dybde. 20/4 ble derfor definert som starttidspunkt for vekstsesongen. Alle uttaksdatoer er regnet om til vekstdøgn nr fra startdatoen 20/4-22 i statistisk analyse.

Materiale

Det ble tatt ut jordprøver fra alle 8 ruter før overflatekompostering (29/4-22), etter overflatekompostering (5/5-22), etter spiring og før gjødsling (1/6-22), etter regn og første gjødsling (6/6-22) og etter tresking (20/9-22). Jordprøvedybde var 5-10 cm for de 3 første uttakene og 20 cm for de to siste. Data er vist i tabell 1 under.


Metode

Mikrobielt karbon er målt med microbiometer som er en analysesett med utstyr og kjemikalier (salter), og der man ved hjelp av foto og bildebehandling med egen mobiltelefon gjør analysen. Metoden rapporterer mengde karbon som er knyttet til mikrobielt levende materiale i en prøve, fordelt på total mengde, andel knyttet til sopp (fungi) og andel knyttet til bakterier. Total mengde er summen av mengden for sopp og bakterier. Måleenhet er µg/g jord eller ppm. Rapporten gir også forholdet sopp:bakterier. Analysen foregår ved at en representativ del av jordprøven såldes gjennom en liten sikt (1-2 mm åpning). Deretter tas det ut 0,5 ml jord av den siktede prøven. I et reagensrør røres en liten pose salt (NaCL + CaCl2) ut i 9,5 ml vann. Deretter tilsettes den klargjorte jordprøven (0,5 ml) som røres ut med medfølgende visp i 30 sek. Reagensrøret står så i ro i 5 min, dunkes deretter lett mot en hard flate 3-4 ganger og står i ro ytterligere 15 minutter. Da har jordpartikler sunket til bunnen og det er bare levende sopp og bakterier igjen i vannfasen. Med en pipette tas det ut en liten mengde av vannet og tre dråper dryppes på et eget analysekort. Med en egen app tas det bilde av kortet mot en medfølgende bakgrunn, og man får rapporten fram på telefonen. Metoden er kalibrert og validert mot mikroskopitester. Se hjemmeside for mer informasjon https://microbiometer.com/.

Data i forsøket er tilpasset med en multippel regresjonsmodell med responsen Y der denne kan påvirkes av tidspunkt for testing og behandling med og uten Biosa, samt samspillet mellom disse. Et samspill betyr at effekt av tilsatt Biosa endres over tid. Det ble også tatt med en blokk effekt (nordre og søndre felt) for å se om det eventuelt er interne forskjeller på jordet mellom rutene 1-4 og 5-8. Restfeilen er avvik fra modellen. Ved hjelp av statistisk programvare (JMP) ble alle effektene i modellen beregnet og statistiske tester for signifikans utført. Respons Y er mikrobielt karbon i sopp (Fungi), bakterier (Bakt) og totalt (Totalt). Full modell (1) for Y ser da slik ut:

Modell 1 Y = a0 + a1*Tidsvariabel + a2*Behandling + b1*Tidsvariabel * Behandling + a3*Blokk + restfeil,

der a0, a1, a2 og a3 er parameter som påvirker interceptet (krysningspunkt mot Y aksen), og b1 er parameter som påvirker stigningstallet for en rett linje a+b*x. Restfeilen er det individuelle avviket for modellen pr observasjon

Resultater og diskusjon

I figur 1 og 2 er det vist hvordan de mikrobielle nivåene har endret seg med tidspunkt og behandling. Trendlinjer er tilpasset med spline funkjsoner i JMP programvare.

Røde symboler og linjer er ruter med Biosa (10 l/daa) og blå er uten Biosa (0 l/daa). Heltrukne linjer (øverst) er for total mengde mikrobielt karbon, grove stiplede linjer for bakterielt karbon (midten) og fine stiplede linjer er for karbon i sopp (nederst). Verdier for mikrobielt karbon er vist langs Y-aksen.

Figur 1 viser rekkefølgen av uttak langs x-aksen som en kategorisk variabel (diskrete verdier), mens figur 2 viser dato for uttak langs x-aksen som en kontinuerlig variabel. Det er ingen klare forskjeller mellom ruter med Biosa og ruter uten Biosa for de tre første uttakstidspunkt, men det kan se ut som om det er mer mikrobielt karbon i jorda etter tresking. Uttakspunkt 4 viser begynnende forskjell med og uten Biosa. Figur 2 med tidspunkt som en kontinuerlig variabel (dato) viser også at de tre første tidspunkt er nokså samlet, mens uttak etter tresking ligger lenger unna de øvrige.

Figur 1. Mikrobielt karbon totalt, for bakterier (Bakt) og for sopp (Fungi) for alle forsøksruter på de ulike uttakstidspunkt satt opp som diskrete verdier.
Figur 1. Mikrobielt karbon totalt, for bakterier (Bakt) og for sopp (Fungi) for alle forsøksruter på de ulike uttakstidspunkt satt opp som diskrete verdier.
Figur 2. Mikrobielt karbon totalt, for bakterier (Bakt) og for sopp (Fungi) for alle forsøksruter på de ulike uttakstidspunkt satt opp som dato (kontinuerlig verdi).
Figur 2. Mikrobielt karbon totalt, for bakterier (Bakt) og for sopp (Fungi) for alle forsøksruter på de ulike uttakstidspunkt satt opp som dato (kontinuerlig verdi).

Statistisk analyse

Den statistiske analysen tar utgangspunkt i den generelle modell 1, for å undersøke hvordan status for mikrobielt karbon endres med tiden, og om nivået påvirkes av behandling med Biosa på noen av tidspunktene. Ut fra figur 1 og 2 kan det se ut som om effekten av Biosa blir større over tid, særlig figur 2 indikerer dette. Kurvene som indikerer utviklingen med og uten Biosa totalt, for sopp (fungi) og for bakterier ser også ut til å være temmelig lineære og kan dermed beskrives i form av en rett linje (a+b*x) der x er en kontinuerlig tidsvariabel. Lykkes man i å finne en god nok modellbeskrivelse med så få modellparametere som mulig kan man lettere påvise om påvirkning fra Biosa er signifikant (sannsynlighet P for feil ved å hevde forskjell er mindre enn 5 %). Ulike modeller ble dermed bygget opp både ut fra en diskret (tidspunkt) og en kontinuerlig (vekstdøgn) tidsvariabel og et sammendrag av disse er oppsummert i tabell 2. Det ble også laget forenklede modeller der bare de signifikante effektene er tatt med.

Tabell 2. Multiple regresjonsmodeller for mikrobielt karbon Totalt, Fungi (sopp) og Bakt (bakterier) med utvalgte statistiske verdier
Tabell 2. Multiple regresjonsmodeller for mikrobielt karbon Totalt, Fungi (sopp) og Bakt (bakterier) med utvalgte statistiske verdier

Modeller med alle tidspunkt

To typer modeller ble satt opp, der modell 2-7 bruker tidspunkt som en diskret tidsvariabel, og modell 8-13 bruker vekstdøgn som en kontinuerlig variabel. Det sees også på samspill mellom tidspunkt og Biosa-behandling. Vekstdøgn tilpasses da som en rett linje med mulighet for ulike stigningstall. For den diskrete tidsvariabelen i modell 2-4 betyr dette at det kreves i alt 10 parametere for å beskrive både hovedeffekt for tidsvariabel (4 parameter) og samspill effekt mot Biosa behandling (4 parameter), samt Biosa alene (1 parameter) og Blokkeffekt alene (1 parameter). For modell 8-10 kunne antall parameter i modellen reduseres til 4.

For modell 2-4 er alle effekter med i modellen, selv om de ikke er signifikante. For modell 5-7 er ikke-signifikante effekter i modell 2-4 fjernet. Tilsvarende viser modell 11-13 resultatet der ikke signifikante effekter er fjernet fra modell 8-10. 

I figur 3 er det vist hvordan den diskrete modellen ser ut (modell 2-4) og i figur 4 hvordan den kontinuerlige modellen ser ut (modell 8-10).
I figur 3 er det vist hvordan den diskrete modellen ser ut (modell 2-4) og i figur 4 hvordan den kontinuerlige modellen ser ut (modell 8-10).

Det er for alle modellene veldig tydelig at mikrobielt karbon (MBK) øker i løpet av vekstsesongen. Nivået er statistisk sett det samme for de tre første tidspunktene 29/4, 5/5 og 1/6, mens det er økende resten av sesongen. Dette gjelder både totalt, for sopp og for bakterier. Det er også kraftigere økning for sopp enn for bakterier. Typisk starter MBK for sopp på 100 µg/g jord i april-mai og ender på ca 210 µg/g i september. For bakterier er økningen mindre, fra ca 185 til 235 µg/g. Totalt MBK starter på 285 µg/g og ender på ca 450 µg/g.

De diskrete modellene 2-7 klarer ikke å vise at det er forskjell i mikrobielt karbon med og uten Biosa. Her er det heller ikke noen klar blokkeffekt, selv om P nivået ligger på 7-9 % er det over 5 % grensen og dermed ikke signifikant.

De kontinuerlige modellene 8-13 viser derimot klart tydeligere effekt også for behandling med og uten Biosa på slutten av sesongen. Det kan vises at MBK for sopp blir signifikant forbedret i løpet av vekstsesongen (P=3,6%). Nivået er helt likt ved start april-mai (ca 100 µg/g), men i september er Biosabehandlede ruter på 237 µg/g og ikke behandlede på 176 µg/g. Det kunne ikke vises signifikant effekt for bakterielt MBK og totalt MBK, men P-verdiene lå ganske nær signifikanskravet (P = 17 % og 7 %). Tallmessig kunne det her også sees en økt MBK verdi for Biosabehandlede ruter. Man ser av Figur 4 at Biosabehandlede ruter (blå, 10 l/daa) stiger raskere enn referansene (røde, 0 l/daa). Blokkeffekten er også her svak som for modell 2-4.

Ut fra tabell 2 kan man se at modellene 2-7 har høyere forklaringsgrad (R2-Adj) og lavere restvariasjon (RMSE) enn modellen 8-13, men til tross for det så klarer ikke modell 2-7 vise at Biosa behandlingen er signifikant. Dette skyldes at det brukes så mange parameter for å fastsette tidseffekten med samspill, samt at Biosaeffekten først blir synlig for mot slutten av vekstsesongen. En rettlinjet modell basert på en kontinuerlig tidsvariabel basert på vekstdøgn nummer fanger altså opp dette bedre.

Modeller med redusert datamengde

For å kunne forbedre analysen av Biosaeffekten ble det laget et ytterligere sett modeller 14-19 som er vist i tabell 2. Her ble alle data for 29/4, 5/5 og 1/6 slått sammen til en felles gruppe kalt «Etablering». Data fra 6/6 ble utelatt. Data for 20/9 ble beholdt i gruppen «Etter tresking». Disse to gruppene ble satt sammen til en ny tidsvariabel Tidspunkt 2. Deretter ble analysen gjentatt. Fordelen med denne analysen er at man får langt færre parametere som skal tilpasses, og man fokuserer mer på utgangspunkt og sluttresultat uten å bry seg så mye om hvordan mellomfasene ser ut.

For å vise at det er fornuftig å slå sammen de tre første uttakene er det i figur 5 vist en enveis variansanalyse for MBK Totalt, for sopp (Fungi), og bakterier (Bakt). Der ser man tydelig at de tre første uttakene er helt like, mens man har økende nivå for de to siste.

Resultatet av modell 14-19 i tabell 2 er at man får redusert restvariasjonen (RMSE synker) og øker forklaringsgraden for modellene, i forhold til modell 2-7 og 8-13. Det er også tydelig at behandling med Biosa er signifikant for både MBK totalt og for sopp (Fungi). For bakterier er effekten mindre og med P=9% er den ikke signifikant. Blokkeffektene er heller ikke signifikante. Men med et nytt forsøk der man hadde fokusert mer på effekt over hele sesongen og med noen flere datapunkter ville man kunne forvente signifikant effekt også her. I figur 6 er modellene illustrert uten blokkeffekter.

Modellene viser at behandling med Biosa med 10 l/daa økte mikrobielt karbon totalt i jord fra 286 µg/g jord ved etablering vår til 487 µg/g jord etter tresking (september). Dette er en økning på 70 %. Referansen uten behandling økte til 401 µg/g jord, en økning på 40 %. Økningen over sesongen var signifikant, det samme var merøkningen med Biosa.

For mikrobielt karbon knyttet til sopp var startnivå 99 µg/g jord, dette økte til 240 µg/g jord der Biosa var dosert med 10 l/daa, mens uten Biosa var sluttnivået 174 µg/g jord. Med Biosa var økningen 142 % og uten Biosa 76 %. Økningen over sesongen var signifikant, det samme var merøkningen med Biosa.

For bakterielt karbon var startnivå 187 µg/g jord, sluttnivå med Biosa 247 µg/g jord og uten Biosa 227 µg/g jord. Økningen var da 32 % med Biosa og 21 % uten Biosa. Økningen over sesongen var signifikant, men merøkningen for Biosa var ikke statistisk sikker.

At økningen i mikrobielt karbon er tydeligere for sopp sammenlignet med bakterier kan skyldes at Biosa bidrar til å lette soppens omdanningsprosesser som skjer i jorda, og at biomassen som fermenteres bedrer soppens muligheter for etablering og levevilkår.

Modelleringen viser at det er viktig å velge rett type modell for sammenligning av denne type forsøk, man bør søke å finne en enkel funksjon som beskriver endringen innen samme behandling over tid på best mulig måte. Ut fra en slik modell kan man så undersøke effekten av ulike behandlinger. En rett linje kan være en god tilnærming, men det kan finnes andre tilnærminger som gir enda bedre modeller

I tillegg er det også viktig å se endringene over et stort nok tidsrom, i dette forsøket er det tydelig at endringene i jorda med tilsats av Biosa gir ettervirkninger over lang tid. Det er behov for å undersøke dette bedre, kanskje også over flere vekstsesonger.

Tilsats av Biosa er gjort som en del av overflatekompostering. Mengden jordliv målt med mikrobiometer øker tydelig i løpet av vekstsesongen etter en ovrflatekompostering både for sopp, bakterier og totalt. Men i tillegg viser analysen at Biosa forsterke denne effekten. Det er behov for å undersøke denne effekten bredere, for flere jordtyper og også under andre værforhold. Sesongen 2022 var tørr i starten, dette kan ha forsinket effekten av Biosa, men likefult ga tilsetting av Biosa tydelig mer mikrobielt karbon.




Konklusjon

Overflatekompostering har gjennom forsøket på Ormo gitt økt mengde mikrobielt karbon gjennom sesongen 2022, både totalt, for sopp og for bakterier.

Tilsetting av Biosa ved overflatekomposteringen har forsterket effekten tydelig for sopp og totalt, bruk av Biosa med 10 l/daa ga en økt mengde mikrobielt karbon utover hva overflatekompostering alene ga. For sopp økte mikrobielt karbon med 142 % med Biosa og 76 % uten Biosa gjennom vekstsesongen 2022. Total mengde økte med 70 % med Biosa og 40 % uten Biosa. For bakterielt karbon var merøkningen mindre og under deteksjonsgrensen.

Effekten av Biosa bør undersøkes videre for flere jordtyper og for flere vekstsesonger. Det er tydelig at endringsprosessene som Biosa bidrar til pågår i lang tid etter tilsats, fremtidige undersøkelser bør derfor pågå over lengre tid og kanskje over flere sesonger.

Les hele rapporten til Norsøk under.