Friday, 3 September 2021

Kvävegödsling är ingen förutsättning för kolinlagring i åkermark

Kvävegödsling förs ofta fram som en förutsättning för att binda in mer kol i åkermark. Detta används som argument mot ekologisk och regenerativt jordbruk (1). Men behovet av kvävegödsling för kolinlagring är inte alls uppenbart. Man kan inte ha ett konventionellt jordbrukssystem, uppbyggt kring tillgång på syntetisk kvävegödsel, ta bort kvävet och dra några generella slutsatser av detta. Jordbruk är komplexa system där man inte kan ändra bara en sak. I ett större perspektiv är användningen av kvävegödsel starkt kopplat till ett jordbrukssystem där kolhalterna i marken minskar snarare än ökar.  

 

Det är en vanlig och relativt vedertagen uppfattning att det finns ett positivt samband mellan tillförseln av växtnäring, i synnerhet kväve (N) och möjligheterna att lagra in kol i jorden, eller att öka mullhalten som vi sade förr innan allt skulle handla om klimatet (det finns många andra goda skäl att öka halten av det organiska materialet (=mull = kol) i jorden). Detta förklaras på två sätt. 1) Genom att öka tillförseln av kväve den totala fotosyntesen, vilket också betyder att det blir högre skörd men också mer skörderester, rötter och annat kolhaltigt material mm kvar efter skörden. 2) Det organiska materialet i jorden har en relativt snäv relation mellan de viktigaste byggstenarna kol, kväve, syre, väte, fosfor och svavel. Om man skall öka mängden organiskt material i jorden så duger det därför inte att bara tillföra kolhaltigt material utan man måste också tillföra motsvarande mängder av exempelvis kväve.

Nedan diskuterar jag båda dessa.

Utan tvekan är det så att tillförsel av kväve ökar skördarna. Det gör det genom att öka bladmassan och därigenom fotosyntesen. Fotosyntesen är i sin tur motorn för hela växten och i slutänden också ursprunget till allt det organiska material som finns i jordarna. Det antas allmänt att mer blad också ger mer rot och mer skörderester (halm osv). Men det verkar vara en alltför stor förenkling. Till att börja med har en stor del av skördeökningarna hos spannmålsslagen vete och majs skett genom att man med växtförädling omfördelat kolet i växten från rot och stjälk till den skördade varan. Enligt Fogelfors Vår mat var skördeindex (andelen kärna av total skörd) för vete i Sverige 0,35 1940 för att nå 0,50 1980. Den totala skörden av biomassa (halm + kärna) ovan jord har knappt ökat alls under 1900-talet.  Utöver det  har man genom kemisk bekämpning av ogräs minskat andelen ogräs till försumbart, vilket också leder till att en större andel av kolet går till skörden och mindre blir kvar på åkern.

Ökad tillförsel av kväve och bevattning har i försök visat sig ytterligare öka skördeindexet (dvs omfördelat kol från rot och strå till kärna). Försök med vete och majs i Schweiz visar att de standardberäkningar som finns för hur biomassan allokeras i växter byggt på skörd inte alltid stämmer och att odlingssättet påverkar detta kraftigt. I ekologisk odling allokerades 10 procent mer kol under jord än i konventionell odling medan ökade skördar genom ökad tillförsel av näring inte ökade de underjordiska delarna av växten. Danska försök visar att rotmassan i ekologisk odling av vete, korn, mellangrödor och ogräs(!) var väsentligt högre än i konventionell odling, upp till 70 % högre i vete.

Detta är särskilt viktigt eftersom senare tids forskning (exempelvis av Kätterer et al 2011 och Villarino et al 2021) pekar på att det är rotrester och rhizodeposition* som har störst potential att lagra in kol långsiktigt (jämfört med skörderester, halm osv).  Detta är också den mest sannolika förklaringen till att vallar och andra perenna växter bygger upp kolförråden jämfört med ettåriga växter, trots ungefär likvärdig nettoprimärproduktion. I slutänden kommer markens kolinlagring styras av mikroorganismer som dels omvandlar det organiska materialet och som, sannolikt ännu viktigare, lever direkt på rotexudat från växterna, något som kallas för liquid carbon pathway, eller microbial carbon pump). Den mikrobiella aktiviteten ökar i kväverika miljöer när kväverikt organisk material (eller kvävefattigt material tillsammans med mineralgödsel) bryts ner, vilket innebär att en större andel av tillförd kol omvandlas till mikrobiell biomassa. Detta leder å ena sidan till snabbare nedbrytning (minskat kolförråd) men samtidigt till ökad mikrobiell nekromassa. Sannolikt dominerar den ökade nedbrytningen, dvs totaleffekten av tillförsel av kväve utan samtidig tillförsel av kolhaltigt material leder till minskad kolinlagring.

 

En översiktsartikel av Poeplau baserad på försök från centrala och norra Europa kommer dock till slutsatsen att i vallodling finns det ett positivt samband mellan kvävegödsling och markens innehåll av organiskt material. Samtidigt visar andra försök motsatsen, exempelvis Sochorova 2016 där långvariga försök i Tyskland visade minskad mullhalt vid tillförsel av kvävegödsel och andra skördehöjande åtgärder. En kunskapssyntes av Bolinder m.fl. (2020) redovisar andra artiklar (bland annat Kätterer et al (2012) där tillförsel av 1kg N ökat kolmängden i jorden med 1-2 kg. Man pekar samtidigt på att förhållandena inte är linjära och att 0 N kontroll har begränsat värde som kontroll eftersom lantbrukare i praktisk odling kommer tillföra stallgödsel, odla kvävefixerande grödor eller på annat sätt tillföra kväve till jorden. Man visar också att andra metoder än kvävetillförsel att öka markens kolinnehåll har större betydelse.  

De långliggande mullhaltsförsöken på Ultuna visar att tillförsel av kväve utan organiskt material har givit en liten ökning av mullhalten och att tillförsel av organiskt material av olika slag men inget kväve har givit kraftig ökning av mullhalten. När både organiskt material och kvävegödsel tillförts har mullhalten ökat ytterligare (se mer nedan). Om utgångspunkten är ett odlingssystem som präglas av kvävesvält, vilket torde vara fallet i helt ogödslade långliggande försök där man bara bortför näring, är det mycket rimligt att anta att en viss kvävegödsling ger bättre växt och en viss ökad kolinlagring.

En annan syntes från 2021 hävdar att kvävegödsel har två sinsemellan motverkande effekter. Å ena sidan kan tillförsel av N stimulera nedbrytning av organiskt material och leder till minskade kolförråd. Å andra sidan ökar det primärproduktionen. Enligt en metaanalys minskade kolförråden med 10 % med tillförsel av kväve, medan enligt en annan ökade de med 3,5 %. Också denna artikel hävdar att ett antal andra jordbruksåtgärder har betydligt större och säkrare kolbindningspotential (andra grödor, diversifierade växtföljder, mellangrödor, ekologiskt jordbruk, reducerad jordbearbetning, och tillförsel av stallgödsel och kompost**).

Med ledning av resonemangen ovan förefaller det inte vara klarlagt att ökad tillförsel av kväve skulle leda till ökad kolinlagring eller att det skulle finnas ett allmänt orsakssamband mellan hög skörd och ökad kolinlagring.

*

Låt oss nu titta på den andra faktorn. Måste man tillföra en viss mängd kväve för att lagra in en viss mängd kol? Detta perspektiv har sitt ursprung i observationen att förhållandet mellan kol och kväve, kol-kvävekvoten (C:N-kvoten) i jordar är relativt stabil (runt 10) och att det därför är rimligt att anta, litet förenklat, att om man skall lagra in ett ton kol så måste man samtidigt tillföra 100 kg kväve. När man tittar närmare på frågan är det nog mer komplicerat än så.

C:N-kvoten är olika i olika typer av organiskt material och även i det organiska materialet. I växter kan C:N-kvoten variera väldigt mycket mellan olika växtslag, olika delar av växten, växtens ålder och tillgång på kväve. Mikroogranismer har en betydligt snävare spann för C:N-kvoten. Om huvuddelen av det mer långsiktigt inlagrade kolet utgörs av döda mikroorganismer, vilket senare tids forskning pekar på, ligger det nära tillhands att dessa också har en relativt snäv C:N-kvot. Å andra sidan varierar C:N kvoten mycket mellan olika bakterier och ännu mer mellan exempelvis bakterier och svampar (exempelvis mykkorhiza)- bakterier har mer än två gånger högre kvävehalt än svampar. Olika jordförhållanden, däribland tillgång på näringsämnen, resulterar i olika sammansättning av mikrolivet.  Högre C:N-kvot gynnar bakterier som bevarar kväve (minskar lustgasutsläppen), medan långvarig gödsling gynnar förekomsten av sådana som bidrar till kväveförluster. Mikroorganismerna i jorden är heller inte passiva utan kan, precis som växterna, på olika sätt påverka sina livsomständigheter.

Att man inte kan generalisera betydelsen av tendensen mot en viss C:N-kvot är uppenbart från det faktum att organiska jordar i globalt genomsnitt har nästan fem gånger högre C:N-kvot än mineraljordar (49 jämfört med 10) och att den också skiljer sig mycket mellan odlade jordar och betesmarker. Det mest uppenbara exemplet i Sverige på att kol kan lagras in med mycket låga insatser av kväve är förstås våra största kolförråd, torvmossarna, vilka har en C:N-kvot på runt 50. C:N-kvoten förändras också med större djup och påverkas då av geofysiska förhållanden. Eftersom det kol som finns på större djup är mer stabilt är det av stor betydelse.

De långliggande försöken på Ultuna visar också att man kan tillföra stora mängder torv under lång tid, utan gödsling, till åkerjordar och få kraftig ökning av mullhalten och en C:N-kvot i jorden närmare 20 jämfört med ungefär 10 för de led som kvävegödslats utan tillförsel av organiskt material och kontrolledet. Det är givetvis ett extremt exempel (utan praktisk betydelse för kolinlagringen eftersom kolet redan var lagrat i torvmossarna), men det belyser likväl att de stökiometriska begränsningarna inte kan vara avgörande för mullhaltsförändringar.

Sammantaget är resonemang om att man måste tillföra en viss mängd kväve för att lagra in en viss mängd kol alldeles för förenklade.

*

Vad har detta för praktisk betydelse?

Det finns ingen forskning som visar att det skulle vara meningsfullt att tillföra mer kvävegödsel än det som redan tillförs för skörden, för att binda kol, som därefter kan lagras in i jorden, om det överhuvudtaget sker. Redan nu tillförs vanligtvis ungefär dubbelt så mycket kväve jämfört med det som förs bort av skördarna. Den eventuella kolinlagringseffekten av kvävegödseln på 1-2 kg kol av 1kg kväve som diskuterats ovan visar att kväveeffektiviteten också för kolinlagring är låg. Det kan därför inte vara aktuellt att använda (ännu) mer kväve än det grödan egentligen behöver för att binda in kol. Detta gör att resonemangen om att tillförsel av kvävegödsel är positivt för kolinlagring egentligen inte är särskilt relevanta annat än i en större diskussion om kvävegödslingens vara eller inte vara.*** Men även där är det kvävegödselns betydelse för skördarna och odlingssystemens utformning som är helt avgörande.

Man kan inte isolera en faktor, som kvävegödslingen, i de komplicerad samspel som försiggår i jorden. Studier vid SLU visar att spannmålsgrödorna på sikt sänker jordens C:N-kvot, medan vallinslagen håller den stabil. Om vi höjer blicken och ser på systemnivå kan vi relativt enkelt se att under svenska förhållanden så resulterar de odlingssystem som är mest beroende av tillförd kvävegödsel, dvs växtodlingsgårdar utan djur, inte i ökad mullhalt utan i minskad mullhalt. På motsatt sätt är det på gårdar med hög andel vall som mullhalterna ökar (jag tror inte det finns någon forskning i Sverige som visar på skillnad i mullhaltsutveckling i vallar beroende på kvävegödsling). Utöver den mycket välkända symbiotiska kvävefixeringen som sker i baljväxternas rötter kan också mikroorganismer, under rätta förhållanden,  binda luftkväve om det är brist på kväve. Med största sannolikhet motverkas det av användningen av användningen av syntetiskt kväve.

 

1. För denna typ av resonemang, se exempelvis: Regenerative Agriculture: An agronomic perspective eller  Regenerative Agriculture: Good for Soil Health, but Limited Potential to Mitigate Climate Change

*Rhizodeposition: Organiska föreningar som tillförs marken via levande rötter under en viss tid, vanligtvis ett år, dvs. enskilda rötter som dör, rothår, rotceller som slits av när roten växer genom marken, samt glykoproteiner och polysackarider som rötterna utsöndrar som smörjmedel när de växter under rothår samt andra organiska signalsubstanser.

** Tillförsel av stallgödsel eller komposter av jordbruksprodukter/livsmedelsavfall kan anses normala. I en situation där de bara dumpas (vilket tyvärr är fallet i många länder) gör de självklart mer nytta genom återföring till åkern, men deras potential begränsas av jordbruksproduktionens omfattning. Även andra metoder som att odla andra grödor, mellangrödor och optimala växtföljder har begränsningar i sina tillämpningar både av praktiska skäl och av marknadsmässiga skäl (lantbrukare behöver ju få avsättning för sina produkter och har inte lyxen att designa sina odlingar enligt vad som teoretiskt sätt är ”bäst”).

*** En intressant diskussion med väldigt många olika perspektiv och parametrar att ta hänsyn till.

No comments :