Sunday, 10 November 2019

Vart tar allt kväve vägen?



I princip allt kväve som vi tillför jordbrukssystemet, varav huvuddelen är i form av konstgödsel, försvinner på ett eller annat sätt. Egentligen är detta självklart: allt kväve som sätts in kommer att läcka ut. Det som är unikt för oss är dock att vi sätter in så stora mängder. Den mänskliga civilisationens effektivitet i kväveanvändning är ungefär lika usel – och ohållbar — som den är vad gäller energianvändning.  

Kväve är det viktigaste växtnäringsämnet och en viktig byggsten i proteiner. Kvävgas utgör 78 procent av innehållet i atmosfären, men i sin molekylära form är det inert (biologiskt inaktivt) . När det omvandlas till ammoniak, nitrat eller andra kväveföreningar blir kvävet reaktivt (biologiskt aktivt). Det industriella samhället har ökat tillförseln av reaktivt kväve till biosfären nio gånger, främst genom konstgödsel men också via förbränning av fossila bränslen samt genom biologisk kvävefixering i jordbruket (främst genom odling av baljväxter med så kallad symbiotisk kvävefixering). Detta reaktiva kväve griper in i så gott som alla biologiska processer i jorden. I olika former bidrar det till bland annat övergödning, försurning, förlust av biologisk mångfald och växthuseffekten. Den stora tillförseln av reaktivt kväve utgör ett av de områden, tillsammans med utsläppen av koldioxid och förlust av biologisk mångfald, där mänskligheten har överskridit de uppskattade planetära gränserna. Läs mer om skadeverkningarna i artikeln Beware of the N-bomb

Konstgödseln används ofta i en kvantitet som långt överstiger det som skörden av växterna för bort från fälten. På global nivå är det bara en femtedel av det konstgödselkväve som sprids återfinns i de skördade jordbruksprodukterna. Effektiviteten i användningen av konstgödsel i spannmålsodling (det vill säga hur mycket mer spannmål man får från användningen av en viss mängd konstgödsel) har gått ner kraftigt på global nivå i takt med den ökande användningen (detta är inget konstigt utan är en naturlig följd av minskat marginalutbyte vid ökad användning.) Varje ton konstgödsel som användes 1960 gav 75 ton högre skörd medan det vid millennieskiftet bara blev 25 ton.
Men vart tar kvävet egentligen vägen? Kvävets kretslopp och flöden är knöliga och svårfångade. Det finns ingen aktuell total kvävebudget för Sverige (det finns en för Danmark). Och man får verkligen hålla tungan rätt i mun när man försöker förstå eller förklara flödena. 

Om man tittar på åkernivå kan en balans se ut så här (2013):

Den totala tillförseln är 347 000 ton och bortförseln är 246 000 ton. Differensen, 101 000 ton kan antas vara någon form av förlust till vatten eller luft. Effektiviteten i kväveanvändningen blir med detta sätt att räkna ungefär 70 procent, dvs 70 procent av det tillförda kvävet återfinns i de skördade grödorna. 
När SCB skall räkna ut effektiviteten per hektar jordbruksmark dividerar man differensen med den totala arealen jordbruksmark och kommer fram till att överskottet av kväve är drygt 30 kg per hektar. Denna siffra används av bla LRF när man kommunicerar effektiviteten i svenskt jordbruk. 

Detta sätt att räkna är det dominerande i Sverige, men det är ett rätt tvivelaktigt sätt att räkna. Det blir en omfattande dubbelräkning eftersom kvävet i gödseln i stor utsträckning kommer från de skördade grödorna, detsamma gäller utsädet. Samtidigt saknas den betydande införseln av foder från andra länder. Under deposition räknar man in ammoniak från jordbruket självt. 

Om man istället använder OECD:s överenskomna sätt att räkna ser siffrorna för 2013 ut så här:

Den totala tillförseln blir då 251 000 ton och bortförseln 97 000. Med detta sätt att räkna blir effektiviteten i kväveutnyttjandet endast 38 procent och kväveförlusterna i jordbrukssystemet hela 51 kg per hektar åkermark. 

Dessa 97 000 ton går sedan vidare till vårt livsmedelssystem. Där importeras och exporteras också produkter. Det finns ingen officiell kvävebalans för vår utrikeshandel med livsmedel och jordbruksvaror, men även om importen är mycket större än exporten så har vi redan räknat in foderimporten ovan. Vi importerar också stora mängder frukt och grönsaker med lågt näringsinnehåll medan vi exporterar mycket spannmål med högt näringsinnehåll. Kersti Linderholm uppskattar det totala proteininnehållet i livsmedelsimport och export som relativt lika (man kan räkna om protein till kväve genom att dividerar med en faktor som är något olika för olika produkter, jag har använt 6, vilket är nära faktorn för spannmål). En rätt stor mängd kväve kommer tillbaks till jordbrukssystemet i form av restprodukter från livsmedelsindustrin som används som foder till djuren, uppskattningsvis mellan 15 000 ton*.  Då återstår cirka 80 000 ton att redogöra för. 

Enligt Jordbruksverkets statistikdatabas ”konsumerar” svenskarna 109 gram protein om dagen, vilket i sin tur motsvarade cirka 65 000 ton kväve.**Enligt den nyligen producerade rapporten Fosfor,kväve, kalium och svavel – tillgång, sårbarhet och återvinning från avlopp (jag tänker skriva mer om den intressanta rapporten i nästa kväveinlägg) av Håkan Jönsson vid SLU förs cirka 46 000 ton kväve ut med klosettvattnet, varav i sin tur endast en 2 000 ton återförs till åkrarna som slam. Differensen mellan det som tillförs hushållen och det som finns i klosettvattnet torde vara matsvinn och svett. Osäkerheten i siffrorna är dock stor. Enligt samma rapport återförs också 8 000 ton kväve som "biogödsel" från livsmedels och foderkedjorna (exempelvis biogasrötrester, köttbenmjöl osv)

En liten del kväve lagras in i kroppen hos befolkningen. En grov uppskattning är att en vuxen människa innehåller knappt 2 kg kväve. Med en årlig befolkningsökning på 100 000 personer, blir kväveinlagringen i kroppar endast 200 ton per år, dvs helt försumbar. På motsvarande sätt lagras en del kväve in i kropparna på lantbruksdjuren. Deras antal har sjunkit (det handlar ju om antalet djur som lever vid varje enskild tidpunkt och inte deras produktion, vilket är mycket olika saker) på senare tid så det kan inte vara någon kväveackumulering där. 

Det som inte diskuterats ovan är förändringar i kvävehalt i jorden. Kväve ingår, precis som kol, i allt organiskt material och i jordens kolförråd, mullen är förhållandet mellan kol och kväve ungefär 10:1. Svenska jordar innehåller i storleksordningen 5 till 10 ton kväve per hektar. Den totala kvävepoolen i åkerjorden är i storleksordningen 15 miljoner ton, dvs hundra gånger större än den årliga tillförseln av  konstgödselkväve. Det som förefaller att vara förluster av kväve skulle därför kunna vara inlagring i åkerjord. Enligt Naturvårdsverkets analyser är dock kolbalansen (och därmed också kvävebalansen) för svensk åkerjordar totalt negativ. Detta döljer dock stora variationer där de så kallade mulljordarna (fd kärr, sjöbottnar mm) förlorar mycket kol och kväve. På mineraljordarna ökar kolförråden på gårdar med vallodling och djur, men minskar på gårdar med ensidig växtodling. 

Hur man än vrider och vänder på det så är kväveeffektiviteten extremt låg om man räknar på hela livsmedelssystemet — i princip allt tillfört kväve, 200 000 ton, varav huvuddelen är i form av konstgödsel, försvinner på ett eller annat sätt. 

Egentligen är detta självklart: allt kväve som sätts in kommer att läcka ut. Det gäller nog allt liv och inte bara den mänskliga civilisationen. Det som är unikt för oss är dock att vi sätter in så stora mängder. Den mänskliga civilisationens effektivitet i kväveanvändning är ungefär lika usel – och ohållbar — som den är vad gäller energianvändning.  

*Räknat på uppgiften att drygt 100 000 ton protein från växtodlingen når djurhållningen via livsmedelsindustrin eller bioenergiproduktionen enligt rapporten Svensk självförsörjningsgrad av Kersti Linderholm 2019.
** Ett liknande värde kommer Kersti Linderholm fram till i sin skrift.

4 comments :

Ekokobonden said...
This comment has been removed by the author.
Ekokobonden said...

Mycket intressant, som vanligt! Om kol/kväve-kvoten i svenska jordar är 10:1, så finns det alltså 50-100 ton kol per svenskt hektar. Denna kolpool minskar alltså i mulljordar och även i andra jordar där det inte finns djurhållning och vallodling med i växtföljden, och ökar bara på mineraljordar med djurhållning. Vilken potential finns att öka kolhalten i svenska jordar - och även globalt? Jag antar att den genomsnittliga mullhalten i svenska jordar var avsevärt högre innan konstgödsel och storskalig "rationell" spannmålsodling. Det vore väldigt intressant om du ville filosofera lite om detta i ett blogginlägg, som kanske till och med skulle kunna utmynna i en manual för svenska och eu-politiker i hur jordbruksstöden bör utformas/omdanas för att stimulera hög kolinlagring och minimera kolförluster från åkermark, och även hagar och ängar naturligtvis. Kan det finnas plats för dubbla mängden kol i matjorden? 100-200 ton per ha. Om det med rätt incitament kunde genomföras globalt, vad skulle det ha för effekt på koldioxidhalten i atmosfären, som idag är över 400 ppm - kanske dubbelt så hög som förindustriellt. Och vad skulle det ha för effekter på bördigheten, högre avkastning, på livsmedelsproduktionens möjligheter att producera mer mat till en växande befolkning? Och hur stor andel av den här tänkta kolhaltsökningen i matjorden skulle kunna utgöras av biokol, med en helt annan förmåga att stanna kvar långvarigt i jorden?

Anonymous said...

Mullhalten i historisk tid var nog ganska låg. Man odlade ju nästan bara de lätta jordarna (som också läcker en hel del) och gödseln räckte inte så långt. Det var därför man behövde träda jordarna och emellanåt ta upp lyckor på utmark eller bryta lindor i ängsmarken. Även märglingen ledde till ytterligare nedbrytning av mullen. Linné skriver ju om de oerhört magra åkrar och ängar han ser på sina resor även i bygder som Skåne, som idag räknas som de bästa jordarna.

Men med dagens kunskap och mätmetoder borde det gå att lagra stora mängder kol i marken - men vad det gör för kvävehalterna är svårare att förutse.

Gunnar Rundgren said...

@Ekobonden och anonym, jag skrev en rad inlägg om kolbindning i åkerjord för ett tag sedan. Om du använder sökfältet högst upp till vänster och söker på "kolbindarskolan" lär du hitta dem. Och ja, det finns nog stor potential att lagra kol i jordarna, även om det forstatt finns en hel del kunskapsluckor och hur samband och samverkan mellan långsiktig kolinlagring och ökad mullhalt hönger ihop.