Markens organiska substans är en blandning av delvis nedbrutna kolhaltiga ämnen som härstammar från växter, djur och mikrober och innehåller:

Transkript

1 1. Vilka är beståndsdelarna i markens organiska substans? Markens organiska substans är en blandning av delvis nedbrutna kolhaltiga ämnen som härstammar från växter, djur och mikrober och innehåller: 1. cirka 58 % kol 2. partikulär organisk substans (POM: huvudsakligen partiklar av rester av väster, djur och mikrober) 3. organiska molekyler, såsom lösliga sockerarter, aminosyror och andra organiska syror, cellulosa och hemicellulosa (polysackarider), lignin, alifatiska biopolymerer, tanniner, lipider, proteiner och aminosockerarter, enzymer 4. en del av de nämnda organiska molekylerna är polymerer av organiskt ursprung, exempelvis proteiner, kolhydrater, cellulosa 5. humus, som är ett mycket stabilt, svartbrunt material. Humusämnena klassificeras utgående från deras löslighet i alkaliska och sura lösningar i humussyror, fulvosyror och huminer. 6. träkol och förkolnade material 7. upplöst organisk substans (DOC) 8. molekylära aggregat av nedbrytningsprodukter 9. rotexudat 10. och biomassa av levande mikrober och fina växtrötter (levande, inte nedbrutna) Poäng: - blandning av delvis nedbrutna kolhaltiga ämnen som härstammar från organismer - lista max 4 p, á 0.5 p/punkt - språk och tydlighet

2 2. Vilka faktorer påverkar nedbrytningen av organiska substanser i jordmånen? Viktiga faktorer som påverkar nedbrytningen är: i) den mikrobiella ekologin ii) iii) iv) enzymkinetiken miljöfaktorerna markmatrixens skyddande inverkan v) materialets kemiska sammansättning () Den kemiska sammansättningen av nedbrytningsmaterialet: Materialets kemiska sammansättning påverkar nedbrytningshastigheten. Hastigheten blir lägre ju större C:Nförhållandet är, ligninhalten och lignin:kväve-förhållandet och högre ju större kvävehalten är. () Nedbrytningen av SOM är mycket långsammare än nedbrytningen av växt- och djurrester. SOM är till strukturen ett dåligt substrat för enzymer, i motsats till biologiska polymerer (proteiner, kolhydrater och cellulosa). () Mikrobiell ekologi och enzymkinetik: Tillsatt kol eller kväve påverkar SOM-mineraliseringens hastighet antigen genom att öka den eller minska den som följd av immobilisering (sk. aktiverande inverkan). () Sådana kolkällor som lätt bryts ned som glukos, fruktos och oxalsyra eller cellulosa påskyndar SOM-mineraliseringen genom att öka tillväxten av mikrober och på det sättet den mikrobiella enzymproduktionen (cometabolism). () Odlingsmetoder som möjliggör spridning av färskt kol djupt i jorden kan stimulera mineraliseringen av kol som begravts i jorden. () Mikrober som binder kväve ökar N i jorden och påverkar nedbrytningsprocesserna. () Bakterier bryter ned lätt nedbrytbara växtexudat (sockerarter, aminosyror och organiska syror), men svampar bryter ned motspänstiga ämnen, såsom lignin, cellulosa och hemicellulosa. Nedbrytningshastigheten för SOC kan öka upp till 5-dubbelt på grund av rotexudatens inverkan. () Det finns motstridiga uppgifter om ifall mineraliseringshastigheten för SOM är beroende av det mikrobiella samhällets storlek, struktur/sammansättning och aktivitet i marken. ()

3 Miljöfaktorer och markmatrixens skyddande inverkan: Kolet i rötterna nedbryts långsammare än kolet i skotten. En del av inverkan beror på skillnader i den kemiska sammansättningen, men en viktigare orsak är det fysiska eller fysisk-kemiska skyddet som marken ger. () Mineraliseringen av SOM styrs av abiotiska processer, reglerande port. Processerna omfattar bl.a. diffusion, desorption från markytor, oxidation och stabiliserande extracellulära enzymer. (0,5 p) Adsorptionen/desorptionen av SOM är svår att kontrollera. Med markskötsel och användning kan man påverka markens struktur. () Två fysikalisk-kemiska processer stabiliserar organisk substans (1) skydd inom aggregat av markpartiklar, varvid de är otillgängliga för mikrober och också tillgången på syre begränsas (nedbrytningen blir långsam) (2) interaktioner mellan oorganiska ytor i marken och metalljoner. () Maximalt 5 p Svarets språkriktighet och tydlighet

4 3. Beskriv kolets årliga kretslopp genom de biologiskt mest aktiva lagren enligt bild 1 och texten Kolets årliga kretslopp drivs både av mänsklig verksamhet och av s.k. naturliga företeelser. () Landröjning bedöms orsaka tillförsel av 1 2 Gt nytt kol till atmosfären. Användningen av fossila bränslen (kol, olja, gas) och förstöringen av ekosystemet frigör cirka 9 Gt nytt kol till atmosfären per år. () Den tillförsel av nytt kol till atmosfären som sker genom vulkanisk aktivitet och berggrundens vittring anses vara naturlig (0,4 Gt/år). Det här balanseras på lång sikt av att kol sjunker ned i världshavens sediment (0,4 Gt/år). () Biomassan på jordens yta binder 123 Gt kol per år, av vilket cirka hälften (60 Gt/år) frigörs direkt tillbaka till atmosfären (växternas andning) och hälften (60 Gt/år) hamnar i jorden. Nedbrytningen av markens organiska substans (markandning) tillför atmosfären samma mängd kol (60 Gt/år). () Markens och havets CO 2 -sänkor binder nästan samma mängd kol (2,6 och 2,2 Gt/år). () De årliga kolflödena är små i förhållanden till jordmånens och världshavens kollager. () Maximalt 5 p Svarets språkriktighet och tydlighet

5 4. Hur påverkar klimatförhållandena mängden organiskt kol i jordmånen? 1. Mängden organiskt kol i marken är beroende av skillnaden mellan hur snabbt växterna binder koldioxid och hur snabbt den organiska substansen bryts ned. Klimatförhållandena (temperatur, fuktighet, koldioxidhalt) påverkar dem vardera. 2. Hög temperatur minskar markens organiska substans genom att öka den organiska substansens nedbrytningshastighet. 3. Å andra sidan ökar hög temperatur och koldioxidhalt markens organiska substans genom att öka nettoprimärproduktionen (nettobindningen av koldioxid). 4. Bedömningarna av kolmängden i marken i olika klimatzoner varierar mellan olika undersökningar 5. Lagren av organiskt kol i marken ökar i allmänhet när årsmedeltemperaturen sjunker: kännetecknande för områden med svalt/kallt klimat är mark som innehåller rikligt med kol. 6. Också för områden med fuktigt klimat är det karaktäristiskt med mark som är rik på kol. 7. Till exempel innehåller marken i de boreala skogarna och de tropiska ständigt gröna skogarna mycket kol, medan å andra sidan öknen och tundran har lite kol. 8. Odlingsmarkens potentiella förmåga att binda kol är inom den tempererade zonen större än inom den tropiska zonen, när de bästa odlingsmetoderna används (Tabell 7). 9. Odlingsmarkens potentiella förmåga att binda kol är i fuktigt klimat större än i torrt klimat, när de bästa odlingsmetoderna används (Tabell 7). 10. Klimatförhållandena påverkar mängden organiskt kol i marken också indirekt genom vegetationen, växtproduktionen, markskötseln och erosionen. Maximalt 5 p, á 0.5 p/punkt. Svarets språkriktighet och tydlighet

6 5. Vilken koppling har lagren av organiska substanser i marken till den globala klimatförändringen? Bakgrund I marken finns det näst mest lagrat kol i världen efter haven. Markens lager av kol är stort i förhållande till andra biologiskt aktiva lager. Uppskattningsvis skulle en cirka 10 %-ig förändring av mängden kol i marken (SOC) motsvara 30 år av mänsklighetens utsläpp och det skulle ha stor inverkan på mängden koldioxid i atmosfären. Det organiska kolet i marken kan anses vara atmosfärens kontrollerade koldioxidsänka. Förändringar av mängden kol i marken eller av kolets oxidationshastighet eller av kretsloppsmekanismerna kan öka koldioxidhalten i atmosfären och på det sätter påverka den världsomfattande klimatförändringen. 2 p Ökningen eller minskningen av kollagren Temperaturhöjningen (på grund av klimatförändringen) gör att oxidationen av kolet i marken sker snabbare och ökar samtidigt CO 2 -halten i atmosfären. Å andra sidan gör höjd temperatur och ökad CO 2 -halt i atmosfären att nettoprimärproduktionen ökar och därigenom också det organiska kolet i marken. Därför bedömer man att nettoverkan av klimatuppvärmningen på markens organiska kollager blir liten under de närmaste århundradena. Systemets komplexitet Det är svårt att förutspå kollagrens påverkan på klimatförändringen. Markens förmåga att binda kol påverkas av många omständigheter. Kollagren i marken samt det lagrade kolets kretsloppsmekanismer är ett mycket komplicerat system, där alla delar inte är helt kända. När ekosystemet förändras och på grund av förändringar av markanvändningen kan kol antingen bindas i marken eller frigöras från den. Som en följd an mänsklig verksamhet, bl.a. på grund av markskötselmetoder eller erosion, kan en stor mängd kol från marken förloras, vilket innebär att kol frigörs från marken. Det påverkar klimatet i den mån som kol frigörs till atmosfären. Å andra sidan känner man inte ens till alla faktorer som påverkar lagringen (SCS) av (organiskt) kol i marken eller frigöringen av det från marken. Man har föreslagit en indelning av markens organiska substans, som innehåller cirka 58 % kol i tre olika lager: ett aktivt lager med snabb omsättning, ett medelsnabbt/långsamt lager samt ett passivt lager. Också mot den här indelningen har det framförts kritik. Man har gjort uppskattningar av hur enskilda faktorer inverkar men förståelsen av helheten är bristfällig. Koltillförseln till marken är kopplad både till de kollager som bevaras i marken och utflödet från marken. Till exempel gör en höjning av temperaturen att kolet i marken oxideras snabbare, vilket gör att koldioxidhalten i atmosfären stiger. Bidningen av kolet i marken borde vara tillräckligt långvarig och det kol som binds borde härstamma från koldioxiden i atmosfären. Kolets rörlighet från ett terrestriskt lager till ett annat orsakar inte nödvändigtvis någon nettoförändring, som skulle påverka klimatförändringen. Svarets språkriktighet och tydlighet