2005-09-04 Göte Bertilsson

KOL I MARKEN.

Grundläggande om kolets ekologi.

Kol i marken har samband med humus. När man bestämmer humushalten analyserar man i själva verket på kol, så man får fram kolhalten. Genom att multiplicera med 1,7 får man humushalten. Alltmer talar man om kol i stället för humus eller mull.

Kol är helt fundamentalt. Kol bygger upp allt levande material. När detta dör och brytes ner bildas till slut koldioxid. Men en del stannar länge i marken i en ganska stabil form, humus. Medelåldern på humusen i våra marker är flera hundra år.

Kolcykeln: koldioxid i atmosfären bindes av gröna växter till organiskt material, vilket i sin tur ger energi åt alla andra organismer (nästan) innan det i processen blir koldioxid igen. Kol kan lagras i s k sänkor varav några har direkt samband med det biologiska kretsloppet: levande biomassa (skogar mm), i marken som humus (eller torv mm).

Andra stora sänkor är utfällningar som kalksten och som löst koldioxid i haven. Och så finns fossila depåer i form av stenkol, olja och gas.

Frågor om miljö och uthållighet.

1. Humusen i marken är en bördighetsfaktor. Den förbättrar näringshushållning, struktur och vattenhushållning.

2. Koldioxiden är den viktigaste växthusgasen. Minskande humushalter bidrar till att öka växthuseffekten. Om kol kan bindas i marken minskar växthuseffekten.

Det finns alltså minst två skäl att hålla markens kolhalt uppe.

Markens kolhalt och vad som styr den.

Vår svenska jordartsklassificering använder följande skala:

Mullfattig (mf) - mindre än 2% mull (1,2% kol)

Något mullhaltig (nmh) - 2 - 3 % mull (1,2 - 1,8% kol)

Måttligt mullhaltig (mmh) - 3 - 6 % mull (1,8 - 3,6 % kol)

Mullrik (mr) - 6 - 12 % mull (3,6 - 7,2 % kol)

En något mullhaltig jord kan ha kolhalten 1,5% vilket betyder 45000 kg kol (C) i ett normalt matjordslager..

Mullen i marken bryts ner (mineraliseras) av mikroorganismer. Kolet avgår då som koldioxid, kväve och andra näringsämnen i mullen frigörs. Mineraliseringen är ungefär 1 - 2% per år. 2% skulle betyda att 900 kg kol försvinner som koldioxid varje år.

Men det finns också tillskott. En bra spannmålsgröda lämnar efter sig kanske 3 ton synliga rester som stubb och rotmaterial samt ytterligare 3 ton som avdöda rötter, rothår och mikroorganismer. Och så finns minst 3 ton halm. Om detta går tillbaka blir det 9 ton. Kolhalten i organisk massa (ts) är ca 50% , så det betyder 4500 kg kol. Men när halm etc bryts ner avgår mycket koldioxid direkt. Bara ca 20% blir kvar som humus. Det blir 900 kg humus-kol, och faktiskt kompenseras därmed de 900 kg som mineraliserats. Men det är ju inte sagt att det ofta blir jämvikt som i detta exempel, men förutsättningarna finns.

Det organiska material som grödan lämnar kvar i marken är avgörande för kolbalansen. Men viktigt är också vad som styr mineraliseringen. Den gynnas av bearbetning och luftning. I en mark som inte bearbetas blir mineraliseringen låg. Vallar är därför mycket positiva för mullhaltsutvecklingen. Dels lämnar de mycket rötter efter sig, dels blir marken lämnad orörd.

Olika grödor har olika inflytande på kolbalansen. Sämst är "hackgrödor", särskilt potatis, bäst är långliggande vallar.

Stallgödsel ger förhållandevis större mullhaltspåverkan än oomsatta skörderester. Den har redan nedbrutits en del och ger därför mer stabila rester.

Odlaren kan alltså påverka kolbalansen på olika sätt:

grödval (växtföljd), även fånggrödor.

skördereststrategi (lämnas kvar eller tas bort)

jordbearbetning, intensitet, tidpunkt. (Minimal bearbetning sparar mull)

stallgödselanvändning

höga skördar är positiva för kolbalansen.

Beräkningssystem.

Det är av intresse att ställa en diagnos på odlingssystemet. Vart är mullhalten på väg? Vad kan göras åt det?

Beräkningsmodeller:

Tyskland:

I Tyskland krävs en godkänd kolbalans för miljöstöd. Den tyska jordbruksforskningsorganisationen VDLUFA har arbetat fram ett system för detta. Grunden är långliggande odlingssystemförsök. Principen är följande:

Varje gröda har åsatts ett "kolvärde", som sammanfattar allt, som bearbetning, skörderester, liggetid. För spannmål, oljeväxter och betor inkluderas inte halm/blast i detta, utan det kommer in separat enligt bestämda normer.

I tillägg kommer stallgödsel enligt bestämda riktvärden.

En komplettering, modellen CPERSP (Göte Bertilsson):

Den tyska modellen har stor tyngd. Den sammanfattar försökserfarenheter från hundratals år.

Men den ganska statisk. Den ger inget perspektiv över vad olika mullhalt betyder och inget tidsperspektiv. Svenska försökserfarenheter och svensk forskning (också från långliggande försök) har gett underlag för en komplettering som berikar dessa perspektiv. Uppbyggnad och bakgrund till denna modell beskrives och diskuteras mer i detalj nedan.

.

Nedanstående tabell kan ge lite perspektiv på vilka kolhalter som uppmätts i några försök och vilket resultat beräkningsmodellerna har gett.

C% och C% slut är uppmätta värden i försöket. C%kalkyl är enligt CPERSP. Kol i kg/år anges dels enligt CPERSP, dels enligt VDLUFA.

Underlag	Tid	Miner. %	C%	C% slut	C% kalkyl	Kol/år	VDLufa
Bf Örja, NPKled vf II	30	2	1,1	1,0	1,1	-48	-40
Dito vf I	30	2	1,1	1,1	1,1	20	120
Dito Utan N vf II	30	2	1,1	0,8	0,8	-417	-190
Dito vf I	30	2	1,1	1,1	1,1	12	120
Bf Ekeby, Utan N vf II	30	1,6	3	2	2,1	-1200	-190
Dito vf I	30	1,6	3	2,3	2,4	-660	120
Dito NPK vf II	30	1,6	3	2,4	2,3	-830	-190
Dito vf I	30	1,6	3	2,7	2,5	-590	120
L3-0000 Halm bort, 0N	40	1	1,8	1,4	1,4	-390	-340
Dito 150 N	40	1	1,8	1,7	1,5	-240	-340
L3-000 Halm ned, 0N	40	1	1,8	1,6	1,5	-298	-240
Dito, 150 N	40	1	1,8	1,8	1,8	-12	-140
L3-0010, Hvi. sk.bort,öppen	40	1,2	3,9	2,8	2,8	-1004	-340
Dito, m vall och stg	40	1,2	3,9	3,1	3,3	-399	50
L3-0010, Pet.. sk.bort,öppen	40	2	1,1	0,9	0,9	-290	-340
Dito, m vall och stg	40	2	1,1	1,3	1,3	276	50

En blick på tabellen visar att kolhalter kring och över 2% är svåra att hålla. Det är minskningar oavsett behandling på alla sådana försöksplatser.

Tabellen visar också tidsperspektivet. Det tar 30-40 år för att åstadkomma förändringar på några tiondels procent.

Följande är en information för den särskilt intresserade.

Om kolberäkningsmodellen CPERSP (Göte Bertilsson).

Beräkningsgång:

Markens kolhalt och antagen mineralisering anges. Vi antar 1,5% kol och mineralisering 2% per år.

Därav beräknas brutto kolförlust från humusförrådet (antaget matjordslager 3 millioner kg/ha). I detta exempel betyder det ett kolförråd på 45 ton och en årlig mineralisering på 900 kg kol.

Denna mineralisering slås ut på 9 månader (3 vintermånader undantas). Det blir 100 kg kol/månad.

Sedan introduceras begreppet "vilomånad". När t ex skyddssäden skördats ligger marken orörd resten av hösten och början våren medan vallen växer. Jämfört normal höstbearbetning 5 vilomånader. Då reduceras mineraliseringen därefter, i exemplet med 500 kg kol. Så markens kolförlust blir då bara 400 mot 900 vid normal bearbetning.

Därefter är det frågan om koltillskott. I denna modell tas hänsyn till allt kol, så det räcker inte med att ta med påtagliga skörderester utan grödans osynliga rester i rotzonen måste med. Det finns uppskattningar att hälften av grödans kolproduktion investeras i rotzonen. Hur uppskatta detta? Försöksvis har antagits att grödans totala efterlämnade rester är 1,5 gånger skörden för stråsäd, 2 gånger skörden för oljeväxter osv enligt anvisningar i kalkylarket. Siffran anges manuellt och är alltså anpassbar. När skörderester bortförs reduceras motsvarande. En tabell med perspektiv på olika uppskattningar av kolbidrag från olika grödor ges nedan.

Skörderester omsätts i marken. Enligt omfattande undersökningar blir ca 20% av kolet stabil humus, resten avgår som koldioxid.

Tillförsel av stallgödsel anges. För stallgödsel blir ca 30% av kolet stabil humus. Om halm används i stallet minskas skörderesterna med skördad halm och stallgödseln beräknas för sig.

Kolhalten i organiskt material antas vara 50% av torrsubstansen.

Nu har då beräknats förluster av humuskol och tillskott av humuskol. Dessa väges mot varandra och sättes i relaton till kolmängden i marken. Man kan då beräkna hur snabbt markens kol förändras och vid vilken kolhalt en jämvikt uppstår.

Om validering.

Vad finns för grund för dessa antaganden om kolproduktion och vilomånader?

En övergripande test: de har prövats och justerats mot verklighetens försökssiffror. Se tabell ovan. Med tanke på de osäkerheter som finns i mullhaltsbestämning mm är överensstämmelsen mycket god. Men det kräver att man anpassar mineraliseringsprocenten.

Det är klart att anpassning kan ernås på olika sätt. Kanske kolproduktionen har övervärderats och effekten av vilomånader likaså. Kanske vallen undervärderas och stråsäd övervärderas? Det är klart att ytterligare arbete skulle behöva göras i dessa frågor.

Sedan är det klart att schablonantaganden om en fix proportion skörderester i förhållande till skörd är en stor förenkling. Men det finns i alla modeller. inkl den tyska, och är svårt att komma förbi.

Hur man än bär sig åt kan man inte få en precis beräkning. Man kan få ungefärliga konsekvenser och perspektiv. Och det är kanske det som behövs. Mot den bakgrunden får man se olika modeller.

Olika uppskattningar av skörderester.

I den tyska modellen (VDLUFA) finns detaljerade specifikationer om mängden ovanjordiska skörderester, rotproduktionen inberäknas i grödans allmänna humuseffekt. På SLU har Kerstin Berglund med medarbetare i arbetet med ett strukturindex sammanfattat kunskapen om skörderester och rötter till marken. Vidare har Lennart Mattsson på Markvetenskap gjord en detaljstudie i försök om skörderester och rötter for olika grödor. Den undersökningen var inriktad på kvävemineralisering och grödorna var ogödslade och utvecklades ibland dåligt. Det ger dock vissa hållpunkter.

Detta jämföres nedan för olika typgrödor som Koefficient i förhållande till skörd.

	VDLUFA	Kerstin Berglund. Sum1 är summa profilen. Sum2: Ts-korrig. 70% av rotm.antas gälla matj.					L Mattsson. Siffror beräknade från resultattabeller
	Halm,bl.	Halm,bl.	Bladfall	Rotm.	Sum1	Sum2	Halm,bl	Rot.tot (% i matj.	Sum2
Höstvete	0,8	1	0,17	1,17	2,3	1,7
Korn	0,7	1	0,17	1,17	2,3	1,7	0,9	1,9(49)	1,9
Höstraps	1,3	1,5	0,25	1,75	3,5	2,6	3	7,7(74)	8,6
Vall	-	0	0,25	1,25	1,5	0,9
Sockerb.	0,7	0,8	0,05	0,04	0,9	0,2	0,2(ts)

Ts-halter är för halm 0,85, för blast 0,1 VDLUFA resp 0,24 Berglund. Mattsson utrycker allt i ts.

VDLUFA och Berglund sammanfattar kunskapen, Mattsson redovisar data från ett par försök som var ogödslade med kväve och fick mycket låga skördar. De visar dock att ett icke obetydlig rotmassa hamnar i alven. När det gäller beräkningar för matjorden bör därför en korrektion göras. Med en sådan korrektion blir det hygglig överensstämmelse mellan Berglunds siffror och de riktvärden som preliminärt angetts för CPERSP. Den blir ännu bättre om man antar att 50% av rotmassan hamnar i matjorden.

En jämförelse mellan typgrödor baserad på Berglunds data korrigerade enligt Sum2.

Höstvete, 7000 kg, koefficient 1,7 skulle ge 11900 kg organisk substans inkl halm/blast

Raps 3000 2,6 7800

Vall 10000 0,9 9000

Sockerb. 50 ton 0,2 10000 (ett ? för de olika ts-halter som angetts)

Humusbildning från organisk substans.

Här finns två huvudkällor: det som anges i VDLUFA samt för Sverige Jan Perssons arbeten.

Den förra anger konkreta siffror för olika material. Jan Persson säger följande: "Man kan räkna med att omsättningen resulterar i att motsvarande 20-25% av torrsubstansen i färska växtrester återfinns i stabilt organiskt material. ..Siffran 20% som används i detta dokument ...är möjligen en underskattning."

En konkret jämförelse:

1 ton halm.

Enligt VDLUFA blir det 100 kg humuskol.

Enligt Jan Persson: 1 ton halm innehåller 860 kg ts som skulle ge 172 kg humus (=100 kg humuskol).

1 ton blast.

Enligt VDLUFA 10% ts och det blir 8 kg humuskol.

Enligt Jan Persson: Med 10% ts blir det 100 kg ts som ger 20 kg humus (=12 kg humuskol)

1 ton stallgödsel med 25% ts.

Enligt VDLUFA blir det 40 kg humuskol.

Enligt Jan Persson: vi har 250 kg ts och 30% blir humus, alltså 75 kg humus (=44 kg humuskol).

Överensstämmelsen är bra. Den skillnad som finns för blast kan bero på ts-haltsangivelser.

Denna del förefaller stå på fast grund. Långvariga och grundliga arbete i Tyskland resp Sverige har gett samma resultat.

Om "vilomånader".

Det är självklart ett ungefärligt begrepp. Tanken är att fånga in den betydelse det har att låta marken vara i fred utan bearbetning.

Vid de första testerna sattes vilomånadens mineralisering till noll. Det visade sig ge bra överensstämmelse med mullhaltsutvecklingen i försök. Dock kan tänkas att det vore bättre justera upp vallens bidrag av organisk substans och reducera effekten av vilomånad från 1 till kanske 0,8 eller 0,7. För visst finns mineralisering också under vall och fånggröda.

Reducerad bearbetning, plöjningsfritt.

Det finns en kolumn för detta i kalkylarket. Den bör emellertid användas med särskild försiktighet. Den långsiktiga effekten på kolbindningen är diskuterad. Däremot är det oomtvistat att reducerad bearbetning höjer mullhalten i ytlagret och detta är nästan alltid positivt.

Referenser:

Berglund, Kerstin, Örjan Berglund och Anna Gustafson Bjuréus 2002. Markstrukturindex - ett sätt att bedöma jordarnas fysikaliska status och odlingssystemets inverkan på markstrukturen. SLU, Institutionen för Markvetenskap, Avdelningen för lantbrukets hydroteknik, Avdelningsmeddelande 02:04.

Carlgren, K och Mattsson, L 2001. Swedish Soil Fertility Experiments. Acta Agr. Scand., Sect. B, 2001, 51, 49-78.

Mattson, Lennart och Larsson, Hans 2005. Att föra bort eller bruka ner halmen påverkar mullhalt, daggmaskar och skadedjur. Inst. för Markvetenskap, Avd. för Växtnäringslära, Rapport 210.

Mattsson, Lennart 1991. Nettomineralisering och rotproduktion vid odling av några vanliga lantbruksgrödor. Inst. för Markvetenskap. Avd. för Växtnäringslära, Rapport 182.

Persson, Jan 2004. Kortsiktiga och långsiktiga markbiologiska processer med speciell hänsyn till kvävet. Kungl. Skogs- och Lantbruksak. Tidskr. 143, 12, 67-94.

VDLUFA 2004. Humusbilanzierung - Standpunkt. www.vdlufa.de