Kolbindarskolan - lektion 2, vad påverkar kolbindning?

Jag fick mycket bra återkoppling på del 1 i kolbindarskolan. Någon tyckte dock att jag borde sätta mig på skolbänken innan jag sätter mig i katedern. Det var säkert elakt menat, men jag tar det inte så illa. Jag skrev väldigt tydligt i mitt förra inlägg att ingen egentligen vet allt om detta ämne och att vi behöver vara ödmjuka. Senare tids forskning har förkastat tidigare väldigt mekanistiska perspektiv på kolbindningens mekanismer. Om det hade funnits ett bra material om kolbindning i jordbruk hade jag inte brytt mig om att skriva detta.  

Många ville också styra diskussionen till vilka metoder som är bäst och om betesmark är bättre än skog eller tvärtom. Jag kommer dit i sinom tid. En huvudanledning till att jag skriver det här är att debatten alltför ofta handlar just om tillämpningar utan att de underliggande förhållandena och antagandena är klarlagda.

Spelar det någon roll?

Kanske var jag inte tydlig nog om varför vi behöver binda kol i jorden.

Det absoluta största förrådet av kol i biosfären finns oceanerna med cirka 37 000 gigaton (Gt). I atmosfären finns ”endast” cirka 830 Gt, medan växtligheten och djuren innehåller drygt 600 Gt. I jordarna lagras ungefär 2500 Gt kol totalt, men sannolikt runt 1500 Gt om man räknar enbart på den översta metern. För att sätta dessa siffror i ett sammanhang så uppgår de beräknade sammanlagda utsläppen av cementtillverkningen och all användning av fossila bränslen fram till och med 2013 till 390 Gt kol. ”Utsläppen” orsakade av avskogning och förlust av kol från mark uppgår till och med 2013 till 160 Gt. (I förra inlägget skrev jag 130 Gt ton och länkade till en forskningsartikel, här länkar jag till en annan källa. Ni får leva med att det inte blir exaktare än så. De där siffrorna med många decimaler som man kan se har ingen täckning i verkligheten.)  

En knappt tredjedel av alla koldioxidutsläpp sedan 1870 orsakades således av det som brukar kallas förändrad markanvändning. Kan vi vända den utvecklingen kan det vara av stor betydelse. 

Det är bakgrunden till initiativet 4 per 1000; om vi kan öka kolhalten i de övre jordlagren med 4‰ per år motsvarar det hela de årliga utsläppen av koldioxid. Vissa går ännu längre och hävdar att vi med kolbindning i mark kan kompensera också för alla historiska utsläpp. I det femte inlägget kommer jag tillbaks till det.

Att öka kolinnehållet i jorden kan också bidra till bördigare jordar, bättre motståndskraft mot torka, lättare jordbearbetning med mera. Det kan således också ge oss högre skörd. Men som jag kommer visa kan det också finnas en viss motsättning mellan vår önskan att binda mer kol och att samtidigt föra bort kol i form av ökade skördar, oavsett om de används för mat, foder, industriråvaror eller biobränslen. Vi kan nog inte både äta kakan och ha den kvar.  

*

De viktigaste slutsatserna i första lektionen var att kol kan ackumuleras på flera olika sätt. Dels kan jordlagret bli tjockare genom att växa uppåt på ytan (A) eller nedåt (D) genom att rötter löser upp modermaterialet. Organiskt material binds också i matjorden (B) och i alven (C), det mindre näringsrika jordlagret under matjorden. Mycket av mätningarna och forskningen runt kolbindning har skett på djupen 0-10 cm eller 0-30 cm. Även om kolhalten normal sett är störts där är det också minst stabilt närmast ytan. Kolet längre ned i profilen är normalt sett mer stabilt. Genom mätning av kolhalt i ett visst djupintervall missar man den totala kolbindningen som kan ske.

Genom att studera olika naturtyper och andra platsbundna förhållanden kan vi få mycket information. Exemplet med mossar visar också att kolbindning inte nödvändigtvis har en mättnadsgrad utan den kan pågå under mycket lång tid.

Ett annat exempel är de mycket bördiga jordbruksmarker som etablerats på tidigare stäppmarker som Pampas, Nordamerikas prärier och den pontiska stäppen som sträcker sig från Rumänien till Uralbergen. Dessa tidigare gräsbeväxta stäppmarker har ett mycket tjockt och bördigt jordlager. De visar att kolbindning i gräsmark kan vara mycket effektiv och pågå under lång tid. När marken plöjs till åker inleds vanligen en massiv nedbrytning av kolförråden och omfattande erosion.

[Uppdatering 4 november]

En översiktsartikel av Eldor A. Paul. Från 2016 anger följande sammanställning av kolförråden i olika naturtyper.

	1. C-innehåll kg/m2	2. Årlig C-tillförsel Kg/m2/år	3. Omsättningstid organiskt kol 0-20 cm	4. Omsättningstid organiskt kol 0-300 cm
Tropisk skog	12	2,0	5	22
Tempererad skog	9	0,8	10	26
Boreal skog	16	0,5	10	27
Tropisk savann	5	0,5	6	30
Tempererade gräsmark	13	0,3	15	63
Medelhavsskog	8	0,5	17	70
Öken	3	0,1	25	144
Tundra	20	0,1	52	165
Åker	8	0,5	6	24
Våtmarker	72	0,2	150	945

1 anger det totala innehållet av kol per kvadratmeter mätt ned till 3 m djup, 2.anger hur mycket kol som tillförs årligen, 3 och 4 anger omsättningstiden för det organiska kolet i jorden på olika djup.

Som sammanställningen visar skiljer det stort mellan naturtypernas ämne till att binda kol och det finns inget direkt samband mellan stora kolförråd och den årliga tillförseln av kol till systemet. Tundra har mycket stora förråd av kol trots att den årliga tillförseln är liten. Trots att tropisk skog drar in sju gånger mer kol än tempererade gräsmarker binds ungefär lika mycket kol i jordarna. Förklaringen till detta är den sista kolumnen som anger vilken omloppstid kolet har i jorden, dvs hur snabbt det bryts ned i genomsnitt.

[slut på uppdatering]

Kategorierna åker, skog och gräsmark är för övrigt konstlade, både vad gäller naturen och vad gäller historisk mänsklig markanvändning. Amazonas var befolkat av svedjebrukande bönder i stort antal för många tusen år sedan medan svenska skogar var glesa och betades av kreatur i större delen av landet långt in på 1900-talet.  

Men det finns många andra faktorer än naturtyp som påverkar kolförråden.

• Temperatur: svala klimat är gynnsamt för kolbindning. Det finns en osäkerhet hur omväxlande frysning och upptining kan påverka kolinlagringen. Ett mycket påtagligt exempel är de stora förråd av kolhaltigt material som finns på tundran och vad som händer med dem om de tinar.
• Nederbörd/fukt: ökad fuktighet är gynnsamt för kolbindning.
• Jordart: Jordar med finare partiklar som lera tenderar till att lättare binda kol än grövre jordarter.
• Kemi: förekomsten av aluminium, järnoxider och kalcium kan bidra till stabilisering av markkol.
• Livet i jorden: Det är växterna som använder atmosfärens koldioxid för att bilda kolhaltiga föreningar som kolhydrater och cellulosa. Men när det väl skett så tar andra vid och använder sig av växternas bundna kol för sitt eget liv. Det gäller inte bara oss människor och våra husdjur utan också det enorma liv som finns i jorden. Det mesta kol som är stabilt i jorden har gått igenom en mikroorganism eller en mask i ett eller flera varv samt varit en del av svampars hyfer eller i samarbetet mellan växt och svamp (som mykorrhiza). Mycket talar för att livet i jorden är av avgörande betydelse.
• Varierad vegetation: Om vegetationen är varierad kommer den totala biologiska produktionen att öka, över och under jord.
• Tillgång på näringsämnen: Mängden kol som kan bindas beror till del på hur väl växterna växer. Förutom temperatur och vatten behövs en rad näringsämnen. Om något viktigt näringsämne saknas kan tillväxten sjunka och då binder växten också mindre kol. Särskilt viktigt är relationen mellan kol (C)  och kväve (N). Det är fokus för del tre i kolbindarskolan.
• Brukningsmetoder och val av växter: Har helt klart påverkan, det blir fjärde lektionen.

Faktorerna samverkar på olika sätt eller motverkar varandra. Det är ofta en faktor som begränsar inlagring av nytt kol och en annan som begränsar nedbrytningshastigheten. Temperatur och nederbörd samvarierar också med vissa naturtyper och i slutänden också med jordarter. Jordarterna skapas både av modermaterialet, fysiska och kemiska processer och av det som växer där. Man skulle kunna hävda att det är klimatet som bestämt att stäppmarker varit gräsbeväxta och att de jordtyper som finns där är ett resultat av en kombination av klimatet och vegetationstypen. 
[Tillägg 4 november] För gräsmarker spelar också de betande djuren en mycket stor roll, både för att gynna gräset över andra arter och för hur betandet samspelar med gräset.
 

Slutsats: Samspelet mellan växter, mikroliv och omgivande miljöfaktorer är centrala för kolbindningen.

Kommande "lektioner"

Del 3: Kol och kväve

Del 4: Brukningsmetoder och odlingssystem.

Del 5: Potential och begränsningar

Del 6: Politik och andra vägar framåt