Kolbindarskolan - del 3

Nu tar vi oss an den tredje delen i kolbindarskolan. Turen har kommit till samspelet mellan kol (C) och kväve (N).

Låt mig först berätta att jag har uppdaterat del 2 med lite nyare data om hur mycket kol som binds i olika typer av ekosystem (de nyanserar min bild en del).

Varför bry sig om samspelet mellan kol och kväve? För den som inte är så insatt i jordbruksfrågorna kanske det verkar lite väl inkrökt att tala om det. Men det går inte att komma runt frågan. Användning av kväve i form av konstgödsel är en av de absolut största förändringarna av jordbruket de senaste hundra åren. En del hävdar att konstgödseln föder halva jordens befolkning. Det är i och för sig nonsens, men det går inte att bortse från konstgödselns effekt på jordbruket och hela livsmedelssystemet. Det är också uppenbart att kvävegödslingen påverkar det biologiska systemen i jorden, och därigenom också kolbindning. Men hur?

Växterna omvandlar koldioxid till sockerarter via fotosyntesen. För det behöver de vatten som de får från marken i huvudsak. Utöver det behöver växterna andra byggstenar, näringsämnen, för att växa och sätta frö. De flesta näringsämnen finns i jorden och kommer från vittring av mineraler. Kväve är ett av de allra viktigaste näringsämnena och finns inte i mineraler i någon särskild utsträckning, däremot finns det bundet i organiskt material i jorden. Atmosfären innehåller ”bara” 0,04 procent koldioxid men hela 72 procent kväve, så man kunde tro att kväve inte skulle vara en begränsning över huvud taget. Men kvävet i luften är i molekylform vilket växter inte kan ta upp. Huvudvägen för växterna att ta upp kväve är från marken.

Det är välkänt att baljväxter (bönor, ärtor, klöver m.fl.) och bakterier har ett välutvecklat samarbete där växterna levererar kolhydrater och annat till bakterierna som i sin tur levererar kväve till växterna, kväve som de själva kan utvinna från luften. Senare tids forskning har visat att större delen av växternas näringsförsörjning sker genom olika typer av utbyten mellan växt och bakterier, svampar (framför allt mykorrhiza) och annat mikroliv. Växterna använder stora delar av det kol de bundit från atmosfären i detta utbyte och får olika näringsämnen från mikroorganismerna. Större delen av markkolet har gått från växterna till mikroorganismer för att sedan blir mer stabila former. Relationen mellan växt och mikroorganismer är därför också av mycket stor betydelse för kolbindningen.

Oenighet om kvävets funktion

I diskussionen nedan fokuserar jag på konstgödselkväve. Vissa av effekterna som diskuteras är kanske oberoende av om kvävet är i form av konstgödsel eller är om det är av biologiskt ursprung, t.ex. i form av hönsgödsel eller kväve fixerat av baljväxter. Jordbrukssystem som inte använder kvävegödsel är i mycket stor utsträckning kvävebegränsade, dvs systemen präglas av kvävebrist. Den typ av kvävegivor som är aktuella i konventionellt jordbruk kan därför bara förekomma i intensiv grönsaksodling eller andra grödor i liten skala.

Det råder rätt stor oenighet om effekten av konstgödselkväve på det organiska materialet. I ena hörnan står huvuddelen av den traditionella jordbruksforskningen som hävdar att konstgödsel ökar inte bara skörden utan också skörderesterna och därigenom tillförs jorden mer kolhaltigt material.  Detta leder i sin tur till ökade lager av kol i jorden.

I andra hörnet står de (och jag) om anser att god tillgång på reaktivt kväve i jorden kan leda till att organiskt material bryts ned snabbare, och att tillförsel av konstgödselkväve stör det utbyte av kolhydrater mot andra näringsämnen som ständigt pågår mellan växterna och mikroorganismer. Några exempel på forskning som tyder på sådant:

- ett långliggande försök sedan 1941 i Tyskland med kontinuerlig höproduktion visar att mycket mer kol lagrats in i de led som inte gödslats än de som gödslats och kalkats. (länk)

- i ett långliggande försök i USA minskade kolförråden i de led som konstgödslats trots att mycket stora mängder skörderester plöjdes ned.

- en översiktsartikel om jordkolets ekologi konstaterar att det inte finns någon linjär relation mellan växternas biologiska produktion (Net Primary Productivity) på en mark och storleken på kolförråden.  

- en stor jämförelse mellan jordprover från ekologiskt odlade jordar och konventionellt odlade jordar i USA visade på genomsnittligt högre halt av organiskt material i de ekologiska jordarna och också på en högre andel av svårnedbrytbart organiskt material. De ekologiska gårdarna hade genomsnittligt lägre skörd och betydligt lägre tillförsel av kväve (eftersom konstgödsel inte får användas).

- en metaanalys av 151 studier visar att ökad tillförsel av kväve minskar den mikrobiella biomassan i jorden påtagligt.

Den som har gjort en kompost vet att balansen mellan kol och kväve, den så kallade C:N kvoten, har stor betydelse för hur den uppför sig. Vid höga kvoter, ca 24 och högre, är konkurrensen om kväve stor med påföljd att nedbrytningshastigheten avtar. Vid låga kvoter, dvs en högre andel kväve, finns det så gott om kväve att risken för att det läcker ut eller avgår som lustgas ökar. Hög andel kväve leder till snabbare nedbrytning av organiskt material, men det är nog inte helt klarlagt om det också gäller de mer stabila formerna som är mest intressanta för kolbindning, dvs om kvävetillförsel i sig riskerar att motverka kolinlagringen.

Ett problem i sammanhanget är att så gott som alla forskningsresultat gäller de allra översta jordlagren, medan vi sett tidigare att det C som lagras länge finns djupare ned, och det är inte självklart att det som gäller matjorden också gäller för alven.

Det beror på

Som så ofta i jordbruket kan det kanske vara så att det ”beror på”. Om tillgång på kväve är en starkt begränsande faktor är det inte osannolikt att tillförsel av kväve kan leda till bättre växt och mer skörderester.  Man skulle kanske kunna se en parallell med tillgången på vatten. Genom konstbevattning kan man höja skördarna i många olika typer av klimat, inte bara i de torraste. Och det verkar som att bevattning i torra klimat leder till ökad inlagring av kol, men i fuktigare klimat sker ingen sådan inlagring (lustgasutsläppen ökar dock med bättre tillgång på vatten).  

Samtidigt är det också sannolikt att jorden ”vänjer sig” vid tillförsel av lättillgängligt kväve, vilket betyder att samspelet mellan växter och mikroorganismer ändras och andra mekanismer undertrycks. Om växtens utbyte med mikroorganismer är central också för kolbindningen, vilket det mesta tyder på, och detta utbyte förändras av kvävegödslingen kan den leda till minskad kolinlagring.

En annan faktor att ta hänsyn till i sammanhanget är att modernt växtmaterial har förädlats för att öka andelen användbar skörd på bekostnad av de delar av växten som vi inte använder (det kallas för skördeindex). Dessa nya sorter är anpassade till god tillgång på växtnäringsämnen och har oftast mindre utvecklade rotsystem (eftersom växten inte behöver så mycket rötter om näringen finns i överflöd). Det betyder samtidigt att rotmassan blir mindre och att utbytet med mikroorganismer i jorden minskar. Båda dessa är mycket viktiga för kolinlagring. Exemplet visar också hur olika saker hänger ihop i jordbrukssystemet, vi kan aldrig bara ändra en sak.

Konstgödsling är ingen kolbindningsstrategi

Även om ökad tillförsel av kväve skulle kunna leda till ökad inlagring av kol (vilket alltså kan ifrågasättas enligt ovan) så innebär tillverkningen av konstgödsel stora utsläpp av koldioxid och lustgas, användningen av konstgödsel är också den främsta källan till lustgasutsläpp från mark, så som kolinlagringmetod är kvävegödsling definitivt inte någon vettig strategi.

Men med det börjar jag komma in på diskussion om det som många gärna börjar med: olika metoder att öka kolinlagringen i jordbruket, och det får vänta till del 4 i kolbindarskolan. Hoppas du hänger med.

Frågelåda

Inför den fjärde och femte delen av kolbindarskolan tar jag gärna emot dina frågor om kolbindning i åker och betesmark. Skriv in dem i kommentarsfältet. Ingen fråga är för dum, ingen fråga är för smart (hoppas jag).