Hur säkert kan vi mäta kol i marken?

Hur kan vi påverka och mäta förändringar i

jordbruksmarkens kolförråd?

Thomas KättererInst. för mark och miljö

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Disposition

• Kolbalans och bördighet• Hur mäter man kolbalanser?• Kolbalansen i svensk jordbruksmark • Kolbalans beroende av växtföljder, stallgödsel,

skörderesthantering och N-gödsling• Långliggande fältförsök• En klimatneutral livsmedelsproduktion

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Markens kolbalans

Mängd och kvalitet av det tillförda organiska materialet kan påverkas

Nedbrytningen är svårare att påverka.Den styrs främst av • temperatur• vattenhalt • markegenskaper

fotosyntes

CO2

nedbrytning

foto: Erik Sindhoj

Markkol och bördighet

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

102030405060708090

Växttillgänglig vatten>100 svenska markpro-

filer

Kolhalt %

Växtti

llgän

glig

vatt

en

En fördubbling av mullhalten • fördubblar leveransen av N, P och S• ökar mängden växttillgänglig vatten med ca. 10%• minskar volymvikten med ca. 10% (ökad porvolym – bättre struktur)• höjer skörden (15% i ett försök) • har störst effekt i grövre jordar

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

VolymviktUltuna

Kolhalt %

Voly

mvi

kt (g

/cm

3)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

5

Levernas av växtnäring

Kolhalt %

Vä

xtn

äri

ng

40% ler

20% ler

Hur mäter man kolbalansen?1. Mikrometeorologiska metoder (eddy flux)

Norunda; SLU Fakta Skog nr 2, 2000

Ett dygn

Ett år

Bra för förståelse av ekosystemBara korta tidsserier tillgängliga

Hur mäter man kolbalansen?2. Förändringar i kolförråd i långliggande försök eller återkommande karteringar

1930 1950 1970 1990 201040

50

60

70

80

90

Ko

l i

ma

tjo

rde

n C

(to

n h

a-1

)

Betesmark

Åker fram till 1970, sedan betesmark

Åker sedan 1860

Kungsängen

Kätterer et al. 2004. NCAE 70:179-187

Nationell rapportering: Kolbalanser i jordbruksmark beräknas med en dynamisk modell

Bygger på: • Heltäckande markinventering 1990-talet• SMHI-stationer• Jordbruksstatistik

Modellen körs för 864 kombinationer :8 produktionsområden; 9 grödtyper; 12 jordarter

Andrén et al. 2008. NCAE 81:129–144

Resultat• Kolförråden ökar från syd till norr• Mineraljordar nära balans• Organogena jordar förlorar

1 Mton C per år

PO 5,7,8

PO 1

Långa tidsserier – värdefulla för modellkalibreringK

ol

(14C

%)

Kvar i marken Halm % Stallgödsel %

Efter 5 år 20 30

Efter 37 år 5 9

Halm Stallgödsel

Tatzber et al., SSSAJ 73:744-750

Stabiliseringen i marken beror på materialets och markens beskaffenhet

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Ultuna Ramförsök

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 20200

1

2

3

4

5M

I

O

K

J

N

G

L

H

F

E

C

D

B

A

C %

(0

-20

cm

)

Samma mängd kol tillförs i olika former +/- mineralkväve

SvartträdaKontroll

Kalksalpeter

Halm

Halm+ N

Gröngödsel

Stallgödsel

Torv

Sågspån

RötslamStallgödsel+ P

Sågspån + N

Ammoniumsulfat

Cyanamid

Torv+ N

Kätterer et al. (2011) AGEE 141, 184-192

Markkol i Ultuna ramförsök

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Tillförsel av organiskt material och kvävegödsling leder till högre kolförråd i marken

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Vall och stallgödsel höjer kolhalten i bördighetsförsöken

Växtföljd 1 Växtföljd 2

Vårkorn Vårkorn

Vall Oljeväxter

Höstvete Höstvete

Sockerbetor Sockerbetor

• Högre mullhalter i vf1 (130 kg C per ha och år i genomsnitt)• Kolinlagringen beror på stallgödsel och skörderester/rötter• Vf-effekten minskar med ökande N-givor eftersom skillnaderna i

skörd minskar

20 ton stallg/vf

1 2 3 40

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200 Skörder-ester/rötterStallgödsel

Kvävenivå

Årl

ig k

olin

lagr

ing

I vf1

jäm

-fö

rt m

ed v

f2 (k

g C/

ha)

Försöken i Skåne

Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö

Kvävegödslingens effekt på markens kolhalt (vf. utan djur - efter 50 år i bördighetsförsöken)

Mera skörderester/rötter höjer kolhalten

Kolfastläggning i bördighetsförsöken (utan stallgödsel)

Slutsatser: • 1 kg N resulterar i 1 kg kolfastläggning• N-gödsling är i detta hänseende klimatneutral vid användning

av BAT-gödsel (3,6 kg CO2-ekv. per kg N)

Fleråriga växter satsar mera på rotsystemet än ettåriga. Detta leder till mera positiva kolbalanser

3 långliggande fältförsök i Norrland

2

3

4

5

6

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990

Ko

lko

nce

ntr

atio

n (

%;

0-20

cm

)

5 år vall /6 år3 år vall /6 år2 år vall /6 år1 år vall /6 år

Data från Ericson & Mattsson, 2000

• Relativa effekter är konsistenta• Absoluta effekter beror på fältens historik

Effekten av åtgärder för kolfastläggning avtar med tiden

Hoosfield Continuous Barely, Rothamsted

35 ton stg per år sedan 1852

35 ton stg per år 1852-1871

Enbart mineralgödsel

• Stallgödselns effekt på kolförrådet avtar med tiden• Ett jämvikt ställer in sig efter ca. 200 år i vårt klimat

Johnston et al., 2009

Strategier för att minska jordbrukets klimatpåverkan

Mera kol i marken • Hög produktion (N-gödsling)• Grön mark året om (fånggrödor)• Perenner (bioenergi, åkerkanter)• Rester från bioenergiprocesser (biokol, rötrester)• Växtförädling – större rotbiomassa, svårnedbrytbara skörderester,

perenna grödor• Minskad import av foder och livsmedel

Lägre lustgasutsläpp• Effektivare utnyttjande av kväve (stallgödsel lagring och

spridningstidpunkt)

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Ett jordbruk utan fossil energi

• Termisk förgasning av biomassa och restprodukter – biokol • Biodiesel – halm, Salix, hampa, rörflen mm.• Biogas – stallgödsel, vall • Grön handelsgödsel N (10% halmskörd tillräckligt för

jordbrukets N-behov) • Minskad jordbearbetning – minskar dieselförbrukningen,

minskar NP-läckage men förmodligen inte kolfastläggningen i vårt klimat.

Organogena jordar??

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Tack för din uppmärksamhet!

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Bilder för evtl. diskussion

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Organiska gödselmedel ökar kolhalt och bördighet

Finns det några nackdelar?

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Organiska gödselmedel höjer risken för utlakning på kort och på lång sikt

3 gånger så hög mullhalt – 3 gånger så höga mängder mineralkväve under vintern – 3 gånger sår hög risk för utlakning

(Data från Hoosfield, Powlson et al, 1989)

Harvning och sådd

Plöjning och gödsling

35 ton stg per år sedan 1852

Enbart mineralgödsel

Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment

Zhai et al. 2011; Agr. Sci. China 10(11): 1748-1757

Exempel: Lustgasutsläpp i vete efter spridning av stallgödsel

Höga utsläpp i försöksled med stallgödsel

Toppar sammanfaller med högt vattenhalt och höga temperaturer

Lustgas

Vattenhalt

Temp

Dagar