STX 3.g
3.z Nr. 34
STX 3.g
Landbruget og den industrielle
revolution - 1950
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
2
Abstract
Problem statement: This paper deals with agriculture seen from three aspects. One: the theoretical aspect
of nitrogen and water cycles, the ultra construction of clay and the plants needs for nutrition. Two: The
practical investigation of nitrogen concentration in samples from streams, lakes, earth and vegetable
(salad). Three: A review and discussion of the”second” industrial revolution in Denmark in 1950th.
Approach: For part one and three the information needed is found in literature, which is shown in the
literature list. For part two, I have used three analytical approaches to determine the concentration of
nitrate in samples from streams, lakes, earth and vegetable.
Results: Nitrogen concentration in the samples from the respective streams, lakes, earth and vegetable is as
follows: Aarslev Engsea: 27, 9 mg/L , Brabrandsea: 22,6 mg/L, Egaa Engsea: 22,1 mg/L, Aarhus Aa: 31 mg/L,
Egaa aa: 22,1 mg/L, Lyngbygaard aa: 49 mg/L, earth: 341,7 mg/L and vegetable (salat): 270 mg/L.
Conclusions: The use of fertilizer has promoted the growth of vegetable. The mechanization and
specialization of the agriculture has effectivised the production of food. But the consequences of the use of
fertilizer have been pollution of groundwater and growth of algae in lakes and seas which has resulted in
oxygen depletion. The consequence of mechanization and specialization has created unemployment. My
sample results show that the lakes and two of the streams investigated for nitrate has values below that
allowed in Denmark. My results show that the nitrate concentration in one stream, earth and vegetable
(salad) is relative higher. But these values are still below the values allowed in Denmark.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
3
Indholdsfortegnelse
Abstract ............................................................................................................................................................. 2
Indledning .......................................................................................................................................................... 4
Kvælstof ............................................................................................................................................................. 5
Vandkredsløbet ................................................................................................................................................. 6
Sammensætningen af dyrket jord ..................................................................................................................... 6
Jordbundsforhold .......................................................................................................................................... 7
Jordtyper .................................................................................................................................................... 7
Humus ........................................................................................................................................................ 8
Mineraljorden ............................................................................................................................................ 8
Jordpartiklernes ladning (Isomorf substitution) og ionbytning i jorden ................................................... 9
Planternes tilførsel af næringsstoffer .............................................................................................................. 10
Kunstgødning kontra husdyrgødning .............................................................................................................. 11
Nitrationen ...................................................................................................................................................... 12
Nitrationens omdannelse i kroppen ................................................................................................................ 12
Forskellige analysemetoder ............................................................................................................................. 13
Kvantitativ bestemmelse af anion i ukendt salt .......................................................................................... 13
Nitratomdannelse til nitrit ........................................................................................................................... 13
Nitratelektroden (SNE) ................................................................................................................................ 15
Nitratkoncentrationen i jord ........................................................................................................................... 18
Nitratkoncentrationen i salat .......................................................................................................................... 18
Mekanisering af landbruget ............................................................................................................................ 19
Miljøproblemer ............................................................................................................................................ 20
Konklusion ....................................................................................................................................................... 21
Litteraturliste/Internetsider ............................................................................................................................ 23
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
4
Indledning
Jeg har i min opgave valgt, at beskæftige mig med landbruget. Dels fordi det er et spændende emne, og
dels fordi landbruget i gennem mange år har betydet meget for dansk eksport og økonomi. Mit hovedvægt
i opgaven er de kemiske processer, der sker i jorden, med særlig henblik på nitrogenforbindelser. I opgaven
redegøres kort for kvælstoffets og nitrogens kemiske og fysiske egenskaber. Derefter redegøres for
vandkredsløbet, som har en stor rolle for transporten af nitrogen. Desuden kommer jeg ind på den
dyrkedes jords sammensætning med særlig henblik på rodzonen. Rodzonen kan være op til en meter dyb,
og det er her, at planterødderne befinder sig. Jeg kommer efterfølgende ind på lerpartiklernes opbygning
og egenskaber, som har en afgørende rolle for planternes måde at optage næringsstoffer på. Endelig
redegøres for fordele og ulemper ved at bruge kunstgødning eller husdyrgødning.
I tilknytning til opgaven har jeg endvidere foretaget to prøver, hvor jeg påviser nitratkoncentrationen i en
jordprøve og i en grøntsagsprøve (salat). På baggrund af den viden jeg har om den dyrkedes jords
sammensætning og planternes måde at optage næringsstoffer på, har jeg diskuteret og sammenlignet mine
resultater fra disse to prøver med tillidsfulde data hentet på nettet. På samme måde har jeg bestemt
nitratkoncentrationen i Årslev Engsø, Brabrandsø, Egå Engsø og dertilhørende åer og sammenlignet dem
med data fra Århus Amt – Natur og Miljø. Herefter følger en diskussion af fejlkilder ved forsøgene,
årstidernes betydning for mine prøveresultater og de usikkerheder, som kunne tænkes at have påvirket
mine data.
Til sidst i opgaven kommer jeg ind på det historiske aspekt ved mekaniseringen af landbruget. Dette er
begrænset til tidsperioden fra slutningen af 1940’erne og op til årtusindskiftet. Her omtales det danske
landbrugs forhold til EF, effektiviseringen og specialiseringen af landbruget. 1950’erne er i litteraturen
omtalt som den ”anden” industrielle revolution, som både har haft fordele og en række udfordringer som
fremtiden skulle løse. Disse udfordringer som omtales til sidst er landbrugets tiltagende forurening af
grundvandet og den arbejdsløshed, som fulgte i kølvandet på effektiviseringen og mekaniseringen af
landbruget.
Opgaven afsluttes med en sammenfattende konklusion, hvori jeg forsøger at samle trådene i opgaven og
diskutere og argumentere for og i mod og til en vis grad perspektivere forskellige væsentlige aspekter i
opgaven.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
5
Kvælstof
1
Kvælstof, som også kaldes nitrogen, har den kemiske formel N
2
. Det er en farveløs gas, som udgør 79 % af
den atmosfæriske luft. Nitrogen indgår i utallige kemiske reaktioner og er en vigtig bestanddel af alle
levende organismer. Den indgår i opbygningen af levende organismer især i form af aminosyrer. Når
aminosyrer sættes sammen i kæder dannes proteiner. Alt efter hvilke aminosyrer og i hvilken kombination
og antal disse sættes sammen i, skabes proteiner med forskellige funktioner. DNA’et er den enhed i alle
levende organsimer, som koder for de utallige proteiner, som findes i naturen. Også selve DNA’et består til
en vis grad af nitrogenforbindelser. Nitrogen er altså et vigtigt grundstof i opbygningen af alt levende på
jorden. Men kun visse jordbakterier kan udnytte rent nitrogen direkte fra atmosfæren. Planter dækker
deres nitrogenbehov gennem optagelse af nitrogenholdige ioner. Men i denne opgave skal kun nitrat
omtales nærmere. Nitrat har den kemiske formel NO
3
-
, og den findes i vandig opløsning i bl.a. jorden.
Højere stående levende organismer kan ikke optage nitrat direkte og danne aminosyrer. Disse aminosyrer
skal de optage ved at spise planter eller andre dyr.
Nitrationens kemiske og fysiske egenskaber er slået op i en databog og gengivet i nedenstående tabel.
Nitrationen består af et nitrogenatom og 3 oxygenatomer. Da nitrat er en sammensat ion med en samlet
negativ ladning på 1, kan den kun eksistere i vandige opløsninger. På fastform indgår den altid i en
saltforbindelse som fx NaNO
3
eller NH
4
NO
3
. I tabellen ses blandt andet nitrationens molarmasse. I tabellen
findes yderligere værdier som densitet, smeltepunkt, kogepunkt og opløseligheden for NaNO
3
. Det mest
væsentlige egenskab ved NaNO
3
, som er relevant for opgaven, er denne forbindelses opløselighed. Af
værdien for opløseligheden fremgår det, at denne er forholdsvis høj. NaNO
3
er således særlig letopløselig i
vand.
μ g/mol
t
s
grader
t
k
grader
M
opl.
g/100mL
NaNO
3
2,257
308
dek380
88
1
Inspireret af bogen ”ISIS B” s. 228-229 - Se litteraturlisten
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
6
Vandkredsløbet
På dette billede ser man, hvordan vandet fordamper fra havene, søer og åer ved opvarmning fra solen. Der
sker desuden også fordampning fra planter og landjord, som under et bliver kaldt Evapotranspiration. Det
vand, der fordamper, stiger op i atmosfæren, og når til højder, hvor temperaturen er lav. Herved sker der
en fortætning af vanddampen, hvorved skyer dannes. Skyerne bliver ved hjælp af luftstrømme
transporteret over land, og undervejs kolliderer små vanddråber og danner større vanddråber. Det
medfører, at vanddråberne bliver tungere og derfor falder ned som nedbør. Den meste nedbør falder ned i
oceanerne. Den del af nedbøren, som falder ned på jorden bliver optaget af planter, noget af det finder vej
til vandløb og floder, og senere finder vejen tilbage til havet. Noget af vandet siver ned i jorden og bliver til
grundvand. Grundvandet er desuden også hele tiden under bevægelse, og vil derfor efter nogen tid finde
vej tilbage til havet, hvor vandkredsløbet begynder og slutter
2
.
Sammensætningen af dyrket jord
Jorden består af en fast del (jordpartikler, sand og humus) ,
flydende del (vand, H
2
O) og en luftformig del (ilt (O
2
), kuldioxid
(CO
2
) og kvælstof (N
2
).
Det faste stof består af uorganisk og organisk stof. Den
uorganiske del
3
kaldes mineraljorden, og består af partikler af
forskellige størrelse, form og kemisk sammensætning. Den
organiske del
4
består af levende organismer og af humus
5
.
Den flydende del kaldes jordvandet, og findes i mellemrummene i jorden, som drænbart vand. Det sætter
sig som en tynd hinde omkring jordpartiklerne, og der kan her være tale om Hygroskopisk vand og Kapillært
vand. I vandet findes opløste salte som bl.a. nitrat, fosfor og kalium.
Den luftformige del kaldes jordluften, og findes også i mellemrummene mellem jordpartiklerne. For meget
vand (drænbart vand som det kaldes) i disse jordhuller medfører iltsvind, som igen medfører at mange
planter dør af mangel på ilt.
Diagrammet til højre viser jordens indhold af forskellige stoffer på en overskuelig måde.
2
Dette afsnit er inspireret af denne hjemmeside: http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycledanish.html
3
Indeholder ikke et C-atom.
4
Indeholder et C-atom
5
Den rest, der bliver tilbage, når døde planter eller dyr nedbrydes.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
7
I det følgende skal vi se på jordens sammensætning, som kan deles op i jordvand, jordluft, mineraljord
(Uorganisk stof), humus (den organiske del), jordbundstyper, jordpartiklernes ladning (Isomorf substitution)
og ionbytning i jorden
6
.
Jordbundsforhold
7
Hygroskopisk vand
[%]
Kapillært vand [%]
Vandindhold til dybden
1 m [mm]
Sandjord (Lundgård)
Lerjord (Blangstedsgård)
Lerjord (Årslev)
Svær lerjord (Ribe marsk
1,2
5,9
4,4
20,0
13,3
19,0
24,4
29,7
133
190
244
297
Tabel 1: Jordtyper
Ubevokset jord
Jord bevokset med byg
Dybde [cm]
CO
2
[%]
O
2
+ Ar
[%]
N
2
[%]
CO
2
[%]
O
2
+ Ar
[%]
N
2
[%]
10
20
30
40
0,2
0,5
1,1
6,7
21,0
21,0
20,3
9,4
78,8
78,5
78,5
83,9
3,3
4,0
4,3
3,9
18,3
17,9
16,2
2,8
78,4
78,1
79,5
91,4
Tabel 2: Jordluft, Argon kunne ikke skelnes fra O
2
ved disse målinger
Jordtyper: Der findes forskellige jordtyper. Dem man hovedsageligt arbejder med er sandjord, lerjord og
svær lerjord. Ud fra tabel 1 kan man konkludere, at sandjord ikke er særlig god til at holde på vandet, som
lerjord. Det skyldes, at jordpartiklerne i sandjord har et større rumfang, og de er ikke så tæt på hinanden
som i lerjord. Derfor ryger det meste af vandet i sandjord ned til grundvandet, eller finder vej til vandløb og
søer. Det er bl.a. derfor, at steder i Danmark som Vestjylland har mere grundvand end andre steder i
Danmark (fx Østjylland, hvor hovedparten består af lerjord). Kvaliteten af grundvand i områder med
sandjord er ikke nær så god som i lerjord, da vandet ikke gennemgår samme grad af filtrering. Desuden sker
der i højere grad en omdannelse af salte og andre partikler, når vand siver ned i områder med høj indhold
af ler. Det er bl.a. koncentrationen af NO
3
-
i grundvand, der bekymrer, da NO
3
-
i relativt større mængder er
skadeligt for mennesket. Et af problemerne med NO
3
-
er, at den er meget letopløseligt i vand, og dermed
følger vandet ned til grundvandet. Det andet problem er, at lerpartiklerne i lerjord har en større samlet
6
Disse afsnitte om jordens sammensætning er inspireret af bøgerne: ”Jordbund – Gødning – Vækst” s. 11-
30 og ”Nitrat” s. 41-54. Se evt. litteraturlisten.
7
(tabel 1 og tabel 2): ”Jordbund – Gødning – Vækst” s. 13 og 17
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
8
netto negativ ladning, og kan af den grund ikke holde på nitraten. Dette medfører at lerjord hurtigt bliver
nitratfattig. Men af hensyn til planternes vækst i landbruget er man nødt til jævnligt at tilføre jorden nitrat.
Tabel 1 viser, at der findes tre former for vand i jordbunden. Der er tale om hygroskopisk-, kapillært- og frit
vand. Hygroskopisk vand er ikke tilgængelig for planter, da vandet binder sig rigtig godt fast til
jordpartiklerne. Kapillært vand findes i de såkaldte mikroporer i jordpartiklerne. Vandet er tilgængeligt for
planter, og det har den funktion, at den kan gå fra fugtigere områder til tørre områder i jordbunden.
Stigningen er op til 1 meter, og det kaldes osmotiske kræfter.
Frit vand er det vand der findes i de porer, hvor der normalt er luft. De fastholdes ikke af jordpartikler, og
siver derfor ned til grundvandet. Ulemper ved drænbart vand er, at hvis der er for meget af det i
luftporerne, så kan der opstå iltsvind (se tabel 2), og planterne dør.
Planter, mikroorganismer og bakterier bruger ilt til at omdanne sukker til kuldioxid, CO
2
(respiration), men
hvis porerne er vandfyldte kan mikroorganismer og bakterier benytte NO
3
-
til processen, og det afhænger
selvfølgelig af om der er nok nitrat til stede.
Bakteriel denitrifikation:
Fe
2+
kan også oxideres til Fe
3+
ved kemisk denitrifikation:
Humus er den organiske del af jorden, og den udgøres af resterne af døde planter og dyr, såsom blade,
rødder, bark, grene, træ og forskellige levende organismer, som bliver nedbrudt vha. bakterier og svampe.
Humus har den egenskab, at den kan holde på vandet pga. sin negative ladning ligesom ler. Den anden
gode egenskab er, at humus nedbrydes langsomt, så der er plantenæring og mineralske salte i mange år
frem.
Mineraljorden er den uorganiske del af jorden, og den kan variere fra kampsten til molekyler.
Jordpartiklerne består af mineraler, der er dannet ved fysisk vejrsmuldring eller kemisk forvitring af
klippemateriale
8
. Kvarts, feldspat, glimer og hornblende er de hyppigst forekommende mineraler i danske
jorder. De findes mest i sand, men findes også i små mængder i lerjord.
8
”Jordbund – Gødning – Vækst” nederst på side 17 og næste s. øverst.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
9
Jordpartiklernes ladning (Isomorf substitution) og ionbytning i jorden
Lermineralerne er negativt ladede, og de er meget kompliceret
opbygget. De består af lagformede gitre, hvor et stort antal oxygen.,
silicium- og aluminiumatomer er bundet sammen.
Den her proces kaldes for isomorf substitution, som forekommer i både uorganiske og organiske dele af
jorden. Der kan også blive dannet positivt ladede jordpartikler, men ikke i så stort omfang som negativt
ladede jordpartikler.
Denne egenskab gør, at lerpartikler er gode til at holde på positive ioner, som planterne kan optage. En
anden fordel ved lerpartiklerne er, at de positive ioner bliver i jorden, i stedet for at sive ned i grundvandet.
En anden god egenskab lerpartiklerne har, er at de kan bytte om på de positive ioner ligesom en ionbytter
kan (se figuren ovenover). Der kan bl.a. være tale om H
+
, Al
3+
, Ca
2+
, Mg
2+
, K
+
, NH
4
+
, Na
+
og Li
+
, men de bindes
forskelligt til lerpartiklerne alt efter deres styrke, fx bindes Al
3+
og H
+
stærkt, mens Na
+
og Li
+
bindes svagt.
Der kan også ske det, at to K
+
-ioner ombyttes med en Ca
2+
-ion. Disse processer er reversible
9
.
En anden faktor, og nok den mest afgørende faktor, er jordens reaktionstal Rt. Den afgør om, hvilke
næringsstof-ioner planterne kan få adgang til. Rt er et mål for, hvor mange brintioner der er i jorden, og det
bestemmes ved at måle pH-værdien af en CaCl
2
-opløsning.
9
Dvs. at de kan gå begge veje, og om forløbet mod højre eller venstre afhænger af forholdet mellem fx K
+
-
og Ca
2+
-ioner på jordpartiklernes overflade og i jordvandet. Hvis der er tilføres for meget af det ene, så
forløber reaktionen enten til højre eller venstre.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
10
Planternes tilførsel af næringsstoffer
10
11
Her er der tale om de vigtigste næringsstoffer
Planter vokser kun, hvis de får tilført de grundstoffer de er opbygget af. Uden disse stoffer vil planten ikke
vokse, som den ellers ville gøre, hvis den fik tilført alle de plantenæringstoffer den har brug for. Planter har
først og fremmest brug for lys, varme, kuldioxid og vand. Den rigtige temperatur og pH spiller selvfølgelig
også en rolle. Hvis disse faktorer ikke er tilgængelige for planten, vil planten ikke kunne optage
næringsstofferne. Jordbundsforholdet er også vigtigt, fordi forskellige jordbundstyper indeholder
forskellige vandmængder
12
. Hvis alle disse vækstbetingelser er opfyldt, kan man opnå maksimal
planteproduktion, men hvis et af næringsstofferne mangler kan man ikke øge udbyttet, ved at tilsætte
ekstra af de andre grundstoffer (Liebigs minimumslov, se illustrationen for oven).
Disse næringsstoffer findes i jorden, og de dannes hele tiden, dels ved nedbrydning af planterester og
humus (mineralisering), og dels ved omdannelse af ammoniak til nitrationer (nitrifikation
13
).
Næringsstofferne kan også tilsættes vha. kunstgødning eller husdyrgødning, da planterne har meget brug
for N (nitrogen), P (fosfor) og K (kalium). Planterne optager disse næringsstoffer gennem rødderne i form af
ioner i vandig opløsning. Derfor taler man om næringssalte, og hvis N optages som NO
3
—
, bliver den
10
Dette afsnit er baseret på informationer fra bøgerne ”Nitrat” og ”Jordbund – Gødning – Vækst”
11
Figuren viser planters stofudveksling med omgivelserne
12
Læs afsnittet om ”jordbundsforhold”
13
Ved nitrifikation omdannes NH
4
+
til NO
3
-
. Nitrifikationen sker i to trin. Først omdanner nitritbakterier NH
4
+
til NO
2
-
(nitrition), som derefter omdannes videre til til NO
3
-
af nitratbakterier.
Vækstfaktorer
Jordbundsforhold
Vand
Gødning
Lys
Varme
CO
2
Plantesort
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
11
omdannet til NH
4
+
, som så indbygges i organiske molekyler. Der kan fx blive dannet aminosyrer, som indgår
som et led i et protein. Cellerne i planter bruger energi, og det sker i form af nedbrydning af organisk stof
under forbrug af O
2
:
Planter bruger altså O
2
, når de laver respiration. Hvis O
2
ikke er til stede pga. for meget frit vand, eller hvis
jorden er stærkt sammenpresset, trives planter dårligt, men de dør ikke af den grund, da respirationen også
sker på plantens overjordiske dele.
Kunstgødning kontra husdyrgødning
Kunstgødning
14
: Ved kunstgødning forstås, at gødningen ikke stammer fra organiske processer, men er
fremstillet kemisk. Hovedbestanddele i kunstgødning er N, P og K som planterne har mest brug for.
Derudover indeholder kunstgødning også andre næringsstoffer som fx Mg, Cu eller B, men der er her tale
om små mængder. Nitrogen indgår her i form af NH
4
-
og NO
3
-
. Fx har man tidligere benyttet sig af nitrogen-
forbindelser som NaNO
3
(Chilesalpeter
15
), Ca(NO
3
)
2
(kalksalpeter) og (NH
4
)
2
SO
4
(svovlsyre ammoniak).
Udover NPK-gødninger bliver der også tilført rene nitrogengødninger, og de tre vigtigste nitrogengødninger
er NH
3
(flydende ammoniak, 82,2 % N), CO(NH
2
)
2
(Urea (urinstof) 46,0 % N) og NH
4
NO
3
(med CaCO
3
)
(kalkammonosalpeter, 26,0 % N).
Fordele ved kunstgødning er, at det først og fremmest er billigt. Desuden er den let at transportere, oplagre
og fordele på marken. Desuden kan man dosere præcist i forhold til stoffer, der bliver fjernet ved høst.
Ulemperne ved kunstgødning er, at det let bliver udvasket, og det er et stort problem, da nitrat i gødningen
dermed bliver skyllet ned i grundvandet. Gødningen har heller ikke organiske forbindelser, og kan af den
grund ikke forsyne jordbundens mikroorganismer. Desuden kan kunstgødning fremskynde nedbrydning af
jordens humusindhold.
Husdyrgødning: Stammer derimod fra organiske processer. Husdyrgødning er en blanding af dyrenes
afføring (møg) og urin (ajle). Tilsammen bliver det kaldt for gylle. Det har vist sig, at dyrenes urin indeholder
urinstof, som hurtigt omdannes til ammoniak. Derfor har husdyrgødning et højt indhold af NH
3
og dermed
af NH
4
+
, men problemet er, at det meste af N-indholdet er organiske N-forbindelser, som planterne ikke kan
optage. De skal først nedbrydes af mikroorganismerne i jorden, og den proces tager mange år.
Husdyrgødning er også rigt på P og K og andre næringsstoffer, og den har en gavnlig virkning på jorden.
14
Inspireret af Wkipedia og bogen ”Nitrat” s. 13, 15-17, 18, 20, 22, 51, 52, 65 og 67. Se evt. litteraturlisten.
15
Fordi det kommer fra Chile
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
12
Ulemperne ved husdyrgødning bliver dermed det, at en betydelig del af N-indholdet er organiske
forbindelser som ikke lige umiddelbart kan optages af planter, og at det af mange er blevet betragtet som
et besværligt affaldsprodukt, men meningerne er forskellige.
Nitrationen
Nitrationen (NO
3
-
) er som tidligere omtalt meget
letopløselig i vand, og nitrat i jorden er dermed en vandig
opløsning som er meget bevægelig. Det gør, at nitrat
meget let kan udvaskes, hvis der kommer for meget
nedbør (jf. det at nitrat ikke kan bindes til ler- og
humuspartikler, da ler og humus partikler også er
negativt ladet), og man bliver af den grund nødt til at
tilføre jorden mere nitrat vha. kunstgødning. Det
medfører også, at nitrat indholdet i grundvand stiger, og
det kan have konsekvenser for mennesker, men det vil
jeg vende tilbage til i næste afsnit. Tegningen til højre viser omsætningen af N i rodzonen uden
kunstgødning. Nitrationer dannes i jorden ved mineralisering eller nitrifikation
16
, og i gødning tilføres
kvælstof i form af nitrater, ammoniak eller urea.
Nitrationens omdannelse i kroppen
17
Tegningen viser et hæmoglobinmolekyle med O
2
bundet til Fe
2+
, som så er komplekst bundet til fem N-
atomer. Hvis Fe
2+
oxideres til Fe
3+
(methæmoglobin), tager en OH
-
O
2
-molekylets plads, og det medfører at
evnen til at transportere oxygen går tabt.
Nitrat i sig selv er ikke farligt for kroppen, men det der kan ske er, at nitrat kan blive omdannet til nitrit
(NO
2
-
). Nitrat bliver nemlig ved hjælp af blodet transporteret til spytkirtlerne, og udskilt i mundhulen med
16
Se under afsnittet ”planternes tilførsel af næringsstoffer”
17
Dette afsnit er inspireret af bogen ”Nitrit” s. 72-74
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
13
spyttet. Her bliver koncentrationen af nitrat større end i blodet. Da munden indeholder bakterier (fx
streptokokker og lactobaciller), kan de bakterier omdanne nitrat til nitrit, og det bliver så ført ned i maven. I
mavesækken er pH lav (1-3), hvorved nitrat reduceres til nitrit. Nitrit kan efterfølgende reagere med
blodets røde farvestof hæmoglobin og oxidere det til methæmoglobin. Som vist på tegningen binder
hæmoglobin O
2
, men hvis hæmoglobin omdannes til methæmoglobin forsvinder dette egenskab. Det der
sker, er, at Fe
2+
bliver omdannet til Fe
3+
ved oxidering, men det problem kan heldigvis løses ved et enzym,
der reducerer methæmoglobin til hæmoglobin. Ved indtagelse af store mængder nitrat overgås dette
enzyms kapacitet. Hvis dette sker, er man i livsfare pga. risiko for kvælning. Især spædbørn er en udsat
gruppe, fordi de mangler det enzym der katalyserer omdannelsen af methæmoglobin til hæmoglobin.
Behandlingen af denne forgiftningstilstand består i indsprøjtning med methylenblåt eller ascorbinsyre
(vitamin C).
Forskellige analysemetoder
Der findes forskellige metoder til bestemmelse af nitratkoncentrationen. Nogle analysemetoder er mere
præcise end andre. I dette afsnit vil jeg behandle de tre metoder, som jeg selv benyttede mig af, da jeg
skulle bestemme nitratkoncentrationen i såvel prøver fra søer, åer, jordprøver og grøntsager.
Kvantitativ bestemmelse af anion i ukendt salt
Når man skal bestemme indholdet af NO
3
-
med den her metode, skal man først opløse lidt af analysen i ca.
2 ml vand, hvortil der meget forsigtigt tilsættes ca. 2 ml konc. svovlsyre. Idet reagensglasset holdes skråt,
tilsættes forsigtigt lidt af jern(II)ammoniumsulfat-opløsning. I mit forsøg (vand fra Årslev Engsø) kom der en
brunlig ring på fladen mellem de to opløsninger. Det viser tilstedeværelsen af nitrat i opløsningen. Denne
metode er imidlertid ikke godt nok, hvis man skal måle præcist, hvor meget nitrat der er i en opløsning.
Derfor må man benytte sig af andre metoder, hvis man fx skal påvise nitrat i grundvandet.
Man kan benytte sig af en lidt mere præcis metode, hvor man reducerer nitrat (NO
3
-
) til nitrit (NO
2
-
).
Nitratomdannelse til nitrit
18
Ved denne analysemetode reducerer man nitrationerne til nitritioner. Nitritioner reagerer med aromatiske
primære aminer
19
under dannelse af diazoniumaminer.
Ved anvendelse af sulfilamid fås:
18
Se bogen ”Nitrat” s. 79-80
19
Primære aminer sider ud ved enderne
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
14
Derefter kan man få diazoniumionen til at reagere med koblingsreagenset, og der vil efterfølgende dannes
et rødligt azofarvestof:
Nitrationene omdannes kvantitativt
20
til
azofarvestoffet. Nu er der en farve, som kan absorbere
lys, og det gør den ved 543 nm. På denne måde kan
man måle opløsningens absorbans i et
spektrofotometer. Udfra det tegner man en
standardkurve for en række kendte
nitritkoncentrationer, som man kan bruge til at
bestemme koncentrationen af nitrat i prøver med ukendte mængder nitrat.
20
Fuldstændigt
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
15
Mine resultater fra Brabrandsøen og Årslev Engsø viste, at der var 20 mg/L nitrat i Brabrandsøen og 40
mg/L i Årslev Engsø. Det kan der være en god grund til, da vandet i åer passerer først forbi Årslev Engsø
inden de strømmer ud i Brabrandsøen, og det gør, at en del af nitrationerne bundfalder i Årslev Engsø
inden vandet når frem til Brabrandsøen. Hele formålet med disse søer er, at formindske nitrat indholdet så
meget som muligt, inden vandet ryger ud i havet, hvor det forårsager iltsvind og medfører, at mange fisk
dør af mangel på ilt. Som jeg fik det fortalt af én fra området, blev Årslev Engsø til som et supplement til
Brabrandsøen. Denne metode er heller ikke så præcis, da intervallet har en forskel på 20 mg/L bortset fra
starten, hvor intervallet er 5 mg/L fra 0 til 10 og 10 mg/L fra 10 til 20. Fx kan man ikke måle
nitratkoncentrationen, hvis nitratkoncentrationen er 30 mg/L. Her bliver man nødt til at sige, at nitrat
indholdet befinder sig mellem 20 mg/l til 40 mg/L. Man kan altså ikke være helt sikker.
Den bedste metode til at bestemme nitrat indholdet i såvel vand, jord og grøntsager på, er
den selektive metode. Ved denne metode anvendes en elektrode (nitratelektrode), som er
følsom over for nitrat i vand. Nitratelektroden (SNE) er den elektrode jeg brugte til at
bestemme nitratkoncentrationen på.
Nitratelektroden (SNE)
Som man kan se på billedet til højre, består en nitratelektrode af et rør af ikke ledende plast
21
.
I bunden er der en membran kaldet PVC-membran. Membranen lader selektivt nitrationer
trænge igennem. Selve røret indeholder en nitratopløsning, og en forskel i
21
Se ”ISIS B” s. 103 nederst
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
16
nitratkoncentrationen i væsken i elektroden og væsken, der måles på, påvirker hinanden på en måde, så
der opstår en elektrodepotentiale. Det måles vha. af sølv(I)chlorid-elektroden, som er indbygget i
nitratelektroden (I en glaselektrode). Nitratelektroden kan tilsluttes en computer, hvor man derefter
kalibrerer nitratelektroden. Det gør man ved, at måle på en høj nitratkoncentration, fx 100 mg/L og en lav
koncentration på 1 mg/L. Man måler først en halvtime på den høje og derefter 1 minut på den lave.
Derefter laver computeren en ret præcis standardkurve ud fra de to punkter, og så kan man starte med at
måle koncentrationen af nitrat i den væske, man er interesseret i at måle. Det er desuden meget vigtigt, at
man kalibrerer rigtigt, ellers bliver målingerne forkerte! Man skal også være opmærksom på urenheder,
specielt når man arbejder med nitratbestemmelser, da nitrat er overalt. I bægerglasset og på fingrene.
Derfor skal man være opmærksom, og skylle godt med demineraliseret vand. Min måling af demineraliseret
vand viste, at der ca. var 0,2 mg/L nitrat i vandet, men det er så små mængder, at man ser bort fra det.
Mine resultater fra søer ser således ud:
Årslev Engsø: 6,3 mg/L N
Brabrand sø: 5,1 mg/L N
Egå Engsø: 5 mg/L N
Mine resultater fra åer ser således ud:
Egå å: 5 mg/L N
Århus å: 7 mg/L N
Lyngbygård å: 11,3 mg/L
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
17
Jeg kan ud fra mine målinger se, at nitratkoncentrationen i åer (bortset fra Egå å) er meget højere end søer,
og det skyldes sandsynligvis, at åer enten direkte eller indirekte er forbundet til landbruget. Åer passerer
forbi marker og er med til at dræne dem for vand. Fx kommer vandet fra Lyngbygård å direkte fra
landbruget, og det er derfor, at nitratkoncentrationen i netop Lyngbygård er så høj. Den høje
nitratkoncentration fremmer algevækst, og det forårsager iltsvind, som er et problem for fiskelivet i de
områder, hvor nitratkoncentrationen er høj. Mine resultater viser, at Egå å er lige så ren som selve søen,
men jeg tog også kun en vandprøve fra åen der gik fra Egå å, og ikke den der strømmede ind i søen. Det
ville nok have været smart, hvis jeg tog en vandprøve fra begge, så jeg bedre kunne sammenligne
nitratkoncentrationen i de tilførende og de fraførende åer.
Desuden varierer nitratkoncentrationen i søer og årer meget i løbet af et år pga. nedbør, årstider, og hvor
meget landmændene bruger kunstgødning osv.
På hjemmesiden www.nm.aaa.dk
22
kan man læse om nitratkoncentrationen i Årslev Engsø og fordelene
ved søen, som formindsker nitratkoncentrationen i vandet inden det løber ud til Brabrandsøen. I rapporten
står der, at den gennemsnitlige indløbskoncentration pr. år er på 5,04 mg/L N, hvilke er i nogenlunde
overensstemmelse med min resultat, som viste 6,3 mg/L N. I rapporten står der desuden, at formålet med
Årslev Engsø, som var at formindske nitrat udslippet til Brabrandsøen, er opfyldt.
Drikkevand i Danmark må højst indeholde 50 mg nitrat pr. L, men grænsen ligger på 25 mg/L, som man skal
overholde.
Min måling med drikkevand så således ud:
Drikkevand (Århus): 3,5 mg/L N
Min måling med drikkevand viser altså, at drikkevandet i vores område (postevand fra kemilokalets
vandhane) er ren for nitrat, men i ISIS B s. 231 er afbildet en tegning, som viser, at langt de fleste steder i
Danmark overskrides 50 mg nitrat pr. L.
Desuden viser det også, at Brabrandsø, Årslev Engsø og Egå Engsø er meget rene for nitrat.
22
Se litteraturlisten for nærmer oplysninger
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
18
Nitratkoncentrationen i jord
23
I dette forsøg bruger man også den selektive metode, til at bestemme nitratkoncentrationen med.
I forsøget har man brug for kemikalierne kobber(II)sulfat, CuSO
4
, og svovlsyre, H
2
SO
4
.
Min resultat er på 150 mg/L. Dvs., at der er en afvigelse på 10 mg/L.
Jeg målte 50 g jord og hældte det i en 250 ml kolbe. Derefter tilsatte jeg 100 ml 0,02M CuSO
4
(0,001 M
H
2
SO
4
) og målte på det.
Nitrat i jord: 77,2 mg/L N
Nitratkoncentrationen i jord er altså højere, men det afhænger selvfølgelig også af, hvor din jordprøve
kommer fra. Jeg tog min jordprøve fra et sted tæt på skolen, hvor man ikke har landbrug. En jordprøve fra
et sted, hvor man har landbrug er med stor sandsynlighed højere.
Nitratkoncentrationen i salat
24
I Danmark er indtagelsen af nitrat gennem grøntsager mest, og hvis man er vegetarer, så indtager man
meget mere nitrat end folk, der spiser blandet kost.
0,50 g af det tørrede salat overføres til 100 ml konisk kolbe, hvor der derefter tilsættes 100 ml 0,02M CuSO
4
(0,001 M H
2
SO
4
).
Nitrat i salat: 61 mg/L N
23
Se bogen ”Nitrat” s. 85-86
24
Se bogen ”Nitrat” s. 86-87
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
19
Mit forsøg viser også, at der er tale om store mængder nitrat sammenlignet med vand, men indholdet af
nitrat i salat afhænger desuden også af lysforholdene og temperaturen. Jeg kunne fx have undersøgt, om
lysintensiteten betyder noget for nitratindholdet ved, at lave et forsøg med de yderste blade, og et forsøg
med de inderste lyse blade.
Mekanisering af landbruget
25
I slutningen af 1940’erne og op igennem 50’erne forandrede landbruget sig fra det klassiske landbrug til det
vi kender i dag. Efter anden verdenskrig gik det nedad for landbruget, da eksporten til Storbritannien var til
lavere priser end under krigen. Fra 1948 begyndte det langsomt at gå godt for landbruget, da USA med
Marshall-hjælpen gav Europa råstoffer til rådighed, og det medførte, at produktionen blev bedre, og
landbruget opnåede bedre priser på eksportmarkederne. Samtidig kom der en effektivisering af landbruget,
som medførte, at man begyndte at benytte sig af traktorer (i stedet for hestekræfter), mejetærskere og
korntørrerier. I staldene indførte man malkemaskiner og rørmalkeanlæg og automatisk udmugningsudstyr.
Mekaniseringen medførte også, at mange blev arbejdsløse, da der ikke længere var brug for medhjælperne.
De mange traktorer gjorde nemlig, at der ikke længere var brug for så mange mænd til at passe på hestene,
da man ikke længere havde brug for hestene. Derfor blev de nødt til at finde sig et andet arbejde, og en del
flygtede endda sydpå til Tyskland eller helt ned til Italien for at finde sig et arbejde. Mange steder var derfor
landmanden alene om driften. I 60’erne var landbrugets indtjening virkelig ring i forhold til andre
samfundsgrupper, og i 70’erne tjente en gennemsnitslandmand godt halvdelen af en faglært arbejders
årsløn. Det medførte, at op gennem 80’erne blev landbrugets betydning for økonomien mindre, mens
industriens betydning voksede. Her tjente man bedre end ude på landet, og det medførte, at mange
landmænd i stedet søgte ud til byerne, hvor de kunne få sig et bedre job med en bedre løn. Af den grund
faldt beskæftigelsen på landet, og ud af de godt 456.000 heltidsarbejder i 1942 var der kun 161.000
heltidsarbejdere tilbage i landbruget i 1975. Det store vendepunkt i landbruget skete først i år 1973 med
Danmarks indtræden i EF. Det medførte nemlig en højere indtjening, store investeringer og nybyggeri, men
energikrisen i samme år, altså i år 1973 medførte inflation og stigning af renten. Fra 1978 ophørte
prisstigningerne på landbrugsvarer, omkostningerne var forøget, og de mange penge landmændene havde
lånt til nybyggerier og maskinparker gav dem problemer, og medførte i 80’erne til mange tvangsauktioner. I
nyere tid har landbrugets arbejdsvilkår været bestemt af EU’s rammer for produktion, Danmarks lovgivning
og administration, og landmandens dygtighed til at optage lønnende produktioner og foretage de rette
investeringer på de rette tidspunkter.
25
Dette afsnit er inspireret af bogen ”Landbrugets historie – kort fortalt” s. 103-119 og bogen ”Jordbund –
Gødning – Vækst” s. 52-57
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
20
Desuden har specialiseringen haft en afgørende rolle for det gammeldags/klassiske familiebrug med alle
slags dyre og planteprodukter til det moderne industrialiserede landbrug med kun få specialprodukter på
hver gård. Fx begyndte mange landmænd i Østjylland at koncentrere sig om korndyrkning, da lerjord er en
sikker produktion som giver et stort udbytte og højt dækningsbidrag til landmanden. I Midt-, Vest og
Nordjylland producerer man andre produkter, såsom mælkeprodukter og kvægavl.
Miljøproblemer
26
Fra 1960’erne begyndte man langsomt at bruge kunstgødning i landbruget, og kvælstofindholdet dengang
var på 40 kg pr. ha. I 1995 var dette tal helt oppe på 117 kg pr. ha. I starten af 80’erne fandt man imidlertid
ud af, at udledningen af næringssalte fra industri, byer og især landbrug var stor, og de først konstaterede
skader var for højt indhold af nitrat i grundvandet, især i Vestjylland pga. hurtigere nedsivning af vand til
grundvandet, da vand som tidligere omtalt siver hurtigere ned i sandjord. Det andet problem var øget
algevækst i åer, søer og de kystnære områder, som medførte, at mange fisk døde pga. mangel på ilt. Et
andet problem har været sprøjtemidler som har påført naturen belastninger, der også har konsekvenser for
omgivelserne og grundvandet. Disse miljøproblemer har efterhånden vagt opmærksomhed blandt
befolkningen og landmændene, og landmændene er efterhånden begyndt at benytte sig af alternative
produktionsmetoder, såsom økologisk landbrug, hvor man ikke bruger kunstgødning. Her benytter man sig
af husdyrgødning, og biologiske N-binding
27
.
Det var desuden også i 80’erne, at man udarbejdede en plan for nedbringelse af nitratudvaskning, og
Danmark var et af de første lande til at tage initiativet. Et af kravene var en halvering af
kvælstofudledningen, fra 29,0000 tons/år til 145,000 tons/år senest i 1993 (for landbruget skulle gælde fra
26,0000 tons/år til 133,000 tons/år), og et andet krav, som er vigtigt at nævne var brug af efterafgrøder
som bl.a. gul sennep. Efterafgrøder vokser nemlig op om efteråret og optager nitrationerne og vil mindske
nitratudvaskningen til grundvandet effektivt.
26
Inspireret af bøgerne ”Jordbund – Gødning – Vækst” s. 55 og bogen ”Landbrugets historie – kort fortalt”
s. 107 – se litteraturlisten
27
Man skifter mellem bælgplanter og ”almindelige” afgrøder.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
21
Konklusion
Opgaven består af en teoridel, hvor der gøres rede for kvælstof og vandkredsløbet samt den dyrkedes jords
sammensætning, specielt med henblik på lerpartiklernes opbygning og egenskaber. Jeg skulle endvidere i
denne del redegøre for brugen af kunstgødning og husdyrgødning og diskutere fordele og ulemper. Den
anden del består af en praktisk del, hvor jeg skulle hente prøver fra søer, åer, postevand, jord og
grøntsager. Prøverne skulle jeg analysere med forskellige analysemetoder med henblik på koncentrationen
af nitrat. I den tredje del af opgaven anskues landbruget fra en historisk vinkel. Her beskrives hvilke
samfundsmæssige og miljømæssige ændringer mekaniseringen og specialiseringen (effektiviseringen)
bragte med sig. Jeg synes, at opgaven opfylder dette formål. Jeg vil i denne del forsøge, at samle trådene i
de tre forskellige dele, og skabe en større sammenhæng og forståelse.
Det virker som om vores teoretiske viden om lerpartiklernes opbygning, om kvælstof- og vandkredsløbet,
om planternes behov for næringsstoffer og om vores kendskab til aminosyrernes opbygning har haft en
afgørende rolle på mange planer. Den teori, som forskere i naturvidenskab har beskrevet i bøger, bruges i
dag aktivt til at skabe gunstigere forhold for den menneskelige races overlevelse. Dette faktum kan ses på
den måde vi lever på, dyrker jorden på, kommunikerer på og forstår os selv på i dag. Mennesket har vist, at
det ved intellektuel tænkning og handling kan gribe aktivt ind i naturen og ændre den. Mennesket er som
den første race på denne jord i stand til at manipulere med naturen. Men dette har naturligvis som alt
andet en konsekvens, som fremtiden vil vise om vi kan løse. Da mennesket på nuværende tidspunkt ikke
har et fuldstændigt overblik over alle de fysiske og kemiske forhold der gælder i naturen, kan vores aktive
indgriben have store uforudsigelige konsekvenser for os på langt sigt. Nogle af disse konsekvenser har tiden
allerede lært os, fx ved vi i dag at uhæmmet brug af gødning (såvel kunstgødning som husdyrgødning)
forurener det grundvand, som vi drikker. Desuden påvirker dræning af nitrat til åer, søer og havet at
algetilvæksten stiger, og dette medfører iltsvind og derved tab af fiskeliv. Vi er således allerede ved at
påvirke liv eller endda helt udrydde nogle dyrearter. Vi kender stadigvæk ikke alle konsekvenserne af dette
store forbrug af kunstgødning. Lige så snart vi bliver bekendt med konsekvenserne fortager stater verden
over en række foranstaltninger, som reducerer konsekvenserne. Men disse konsekvenser er blot nogle, der
har vist sig på relativt kort sigt. Hvordan mon mennesket og naturen ser ud om 100 eller endda 200 år fra
nu? Hvordan og i hvilken grad har denne indgriben en påvirkning på vores arveanlæg? Man kan stille mange
spørgsmål og man kan kun blive forvirret af hvor mange flere man kan stille.
Jeg har i min opgave vist, at man kan bruge den samme videnskab til at kontrollere åer, søer, jord og
grøntsager for forurening med nitrat. Man kan ved analytiske metoder bestemme nitrats indhold i disse fire
ting. Vi kan ved hjælp af kontrol begrænse konsekvenserne af brugen af gødning. Og ved fremtidige
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
22
opdagelser og tiltag kan man måske komme dette mål endnu nærmere og endda måske helt fjerne denne
konsekvens..?
Nitrats kredsløb og konsekvenserne af forurening med denne ion er faktisk forholdsvis nemt at påvise. I dag
er man begyndt at foretage gensplejsning af planter, for at skabe planter, der er endnu mere effektive end
dem, der allerede findes i naturen. Mon ikke dette også har en række konsekvenser? Men da denne viden
er forholdsvis ny, kender vi ikke konsekvenserne af dette tiltag. Men det vil tiden nok også vise.
Jeg synes, at uanset hvad man beskæftiger sig med omkring menneskets aktiviteter og uanset hvordan vi
ser på os selv, så kommer man ind på et filosofisk aspekt ved mennesket. Her tænker jeg på uanset om du
kigger på kunst, landbrug, kemi, fysik, biologi, litteratur, psykologi osv. viser det noget om mennesket.
Dette leder mine tanker hen på spørgsmål som: Hvem er vi? Hvor kommer vi fra? Hvad kan vi tillade os?
Hvor går grænsen? Er vi blot et produkt af kemiske, fysiske og biologiske forhold, som er indkodet i vores
DNA? Eller er vi åndelige væsener? Er vi Guder, som kan manipulere og ændre vores omgivelser?
Jeg vil ikke gå videre herfra, fordi denne opgave trods alt handler om landbruget og de gunstige og
ugunstige konsekvenser mekaniseringen og specialiseringen af landbruget har haft for mennesket. Vi kan
ikke komme uden om, at mekaniseringen, specialiseringen og brugen af kunstgødning har gjort, at vi
nemmere og hurtigere kan producere føde. Men den har også haft miljømæssige og samfundsmæssige
konsekvenser som nitratforurening af vores grundvand og iltsvind i søer og havet pga. algevækst samt
arbejdsløshed pga. mindre behov for menneskelig arbejdskraft i landbruget.
– 3.z nr. 34 – ÅSG SRP
23
Litteraturliste/Internetsider
Forside billede:
http://www.egeskov.dk/files/imagecache/right1right2thickbox/files/right1right2/landbrug1.jpg
Appe, Anne - Hedegaard, Poul – Pedersen, Per: Jordbund – Gødning – Vækst (Naturfag) fra 1989
Myging, Helge: Nitrat (Temakemi) fra 1987. (mine forsøg med grøntsager og jord er fra denne bog)
http://da.wikipedia.org/wiki/Kv%C3%A6lstof (information om kvælstof)
Billedet (vandkredsløbet): http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycledanish.html
Billedet (Liebigs minimumslov): http://www.vagn-
dissing.dk/Jordbundsanalyser/Jordbund%20og%20jordbundsproever-filer/image004.jpg
Tegninger som jeg har lavet i Paint er fra bøgerne ”Nitrat” og ”Jordbund – Gødning – Vækst”.
Informationer om kunstgødning: http://da.wikipedia.org/wiki/Kunstgødning
Hæmoglobin-tegningen: http://da.wikipedia.org/wiki/Billede:Heme.svg (Har selv lavet lidt om på
tegningen)
Bruun, Kim – Jensen, Hans Birger: Kemi B ISIS fra 2007
Nitratkoncentrationen i Årslev Engsø: http://www.nm.aaa.dk/publikat/pdf/Aarslev-Engsoes1-
22.pdf
Porsmose, Erland: Landbrugets historie – kort fortalt fra 1997