Förmedling av kunskap om markpackning: från mätningar till utveckling av beslutsstödsystem

Soil compaction is a threat to soil ecosystem services and negatively affects crop productivity, causing huge costs to farmers and society. The main aim of the project is to raise awareness of soil compaction. We will i) refine the freely accessible soil compaction decision support tool www.terranimo.se by including new functionality that allows evaluation of repeated wheeling (several wheels in one track; vibrations under rubber tracks), and ii) perform live soil stress measurements at field days and workshops. The project includes five work packages: 1) development of a measuring system for soil stress, accelerations and displacements suitable for live-demos; 2) in-situ measurements with different machinery and loading conditions as well as 3) laboratory experiments for better understanding of soil deformation due to repeated loading and vibrations; 4) refinement of www.terranimo.se; and 5) live soil stress measurements and presentation of www.terranimo.se at field days.

Markpackning leder till förluster av viktiga ekosystemtjänster som marken tillhandahåller, vilket påverkar växtproduktionen negativt och orsakar stora kostnader för lantbrukarna. Projektets huvudsyfte är att förmedla kunskap om markpackning. Vi kommer att i) vidareutveckla den fritt tillgängliga markpackningsmodellen www.terranimo.se så att den kan hantera och evaluera upprepad belastning (flera hjul i samma spår; vibrationer under band), och ii) göra live-tryckmätningar under lantbruksmaskiner vid fältdagar/-vandringar. Projektet innehåller fem delmoment: 1) tillverkning av ett mätsystem för tryck, acceleration och rörelse i marken som även lämpar sig för demonstrationer; 2) fältmätningar med olika maskiner och antal överfarter samt 3) laboratoriemätningar för ökad kunskap om markdeformation vid upprepad belastning och vibrationer; 4) vidareutveckling av markpackningsmodellen www.terranimo.se; och 5) demonstrationer av tryckmätningar och www.terranimo.se vid fältvandringar/-dagar.

Markpackning är ett hot mot markens produktionsförmåga. Inom detta projekt har vi utvecklat och testat sensorer för att mäta tryck och rörelse i marken, gjort mätningar för att kvantifiera effekten av flera överfarter på tryck och deformation i marken, vidareutvecklat beslutsstödsystemet www.terranimo.se, samt förmedlat kunskap om markpackning vid webinarier och fältdagar. De experimentella studierna visade att trycket i marken inte ändrar sig med antal överfarter (förutsatt små spårdjup) men att deformationen i marken ökar vid varje överfart. Resultaten tyder på att flera överfarter med mindre last leder till mindre deformation än en överfart med stor last, men fler mätningar vid olika markförhållanden skulle behövas. Inom projektet visade vi också att utvecklingen mot större och därmed tyngre lantbruksmaskiner leder till att alven utsätts för allt högre tryck, vilket medför negativa konsekvenser på växtproduktion, vattenreglering och andra markfunktioner.

När marken packas minskas markens porvolym, med negativa konsekvenser för markens funktioner och markens produktionsförmåga. Tidigare forskning har visat att packningseffekter i alven kvarstår i decennier. Därför är det viktigt att undvika markpackning. För att kunna uppskatta risken för markpackning krävs kunskap om hur trycket sprider sig i marken och hur marken deformeras. Trots att markpackning är ett relativt väl undersökt tema finns det kunskapsluckor och brist på data, framför allt vad gäller tryck och deformation i marken under fältförhållanden. Det finns även behov för användarvänliga beslutssystem som kan hjälpa lantbrukare att minska risken för markpackning.
Projektets syfte var att testa sensorer för att mäta tryck och rörelse i marken och utveckla mätsystem som kan användas både i forskningssyfte och för demonstrationer vid fältdagar, göra mätningar för att kvantifiera effekten av flera maskinöverfarter på tryck och deformation i marken, vidareutveckla markpackningsmodellen Terranimo®, samt att förmedla kunskap om markpackning.
Inom projektet har vi införskaffat flera så kallade ”Bollingsonder” för att mäta tryck i marken. Flera sonder har kombinerats till ett system för att mäta på olika djup med flera sonder samtidigt. För att bestämma markens rörelse och eventuell bestående markpackning konstruerades ett sensorsystem där jordens förflyttning bestäms med hjälp av en tredimensionell accelerometer. Accelerometern testades först i en kontrollerad miljö på laboratoriet och därefter gjordes tester i fält. Mätutrustningen har sedan använts både i fältexperiment och för demonstrationer vid fältdagar. Att kunna live visa tryck i marken och hur marken rör sig vid överfart med olika maskiner, olika däck eller olika ringtryck, har visat sig vara mycket värdefullt för att diskutera markpackning och dess negativa effekter vid fältdagar.
Fältexperimenten fokuserade på att undersöka marktrycket och markens deformation under upprepad belastning (flera maskinöverfarter). Fältundersökningarna kompletterades med uniaxiala kompressionstest på laboratoriet. Slutsatsen från dessa studier var att trycket i marken inte ändrar sig med antal överfarter (förutsatt små spårdjup) men att deformationen i marken ökar vid varje överfart. Deformationen var störst för den första tryckbelastningen och relativt små efter två-tre belastningar. Resultaten tyder på att flera överfarter med mindre last leder till mindre deformation än en överfart med stor last, vid samma ackumulerade tryckbelastning. Fler mätningar på olika jordar och förhållanden skulle dock behövas för att kunna dra generella slutsatser.
Med hjälp av dessa mätningar och teoretiska överväganden har Terranimo® (www.terranimo.se) vidareutvecklats i samarbete med internationella forskare. Modellen kan nu simulera effekter av flera överfarter (flera hjul i samma spår) vilket redovisas i modellen som förändringar i skrymdensitet (volymvikt). För att kunna beräkna en förändring i skrymdensitet uppskattar modellen markens mekaniska egenskaper med hjälp av så kallade ”pedotransfer-funktioner”, som togs fram inom projektet, från markens lerhalt, mullhalt, skrymdensitet och vattenhalt. Terranimo® har också fått ett nytt användargränssnitt som är modernare och mera intuitivt än tidigare versioner. Vi har även lagt till standardvärden för textur, mullhalt och skrymdensitet för svenska jordar för att underlätta användningen av Terranimo®. Vid framtagandet av det nya användargränssnittet har det tagits hänsyn till synpunkter från lantbrukare och rådgivare. Den nya versionen är programmerad så att Terranimo® kan användas på mobiltelefonen.
Inom projektet har vi visat att utvecklingen mot allt större och därmed tyngre lantbruksmaskiner leder till högre och högre tryck i alven. Vissa lantbruksmaskiner har nu så stora hjullaster att marktrycket överstiger kritiska mekaniska tröskelvärden för många åkerjordar, vilket medför en kronisk risk för alvpackning med potentiell förlust av produktivitet som följd.