Växtföljdens roll långsiktigt - för skördenivå, utsläpp av växthusgaser och kolinlagring i åkermark. Thomas Kätterer

Transkript

1 Växtföljdens roll långsiktigt - för skördenivå, utsläpp av växthusgaser och kolinlagring i åkermark Thomas Kätterer

2 Disposition Markens roll i den globala kolcykeln Hur mäter man kolinlagring Nedbrytning och humifiering Kolbalanser i svensk jordbruksmark Resultat från långliggande försök Hur vi kan påverka kolinlagringen

3 Kol är huvudbyggstenen i all organisk material H N other C C% ökar i regel under nedbrytning i marken, från ca. 40% i växtrester till ca. 60%. O Organiskt material i marken (mull) har en genomsnittlig kolhalt på drygt 50%. Mullhalten påverkar många markegenskaper och är den enskilt viktigaste bördighetsfaktorn

4 Marken spelar en central roll i den globala kolcykeln (Pg C) per år organiskt kol i sediment, våtmarker, kol, gas, olja Kätterer,

5 Antropogena CO 2 -utsläpp ( ) Vart tar de vägen? 1.4 Pg C år -1 avskogning 4.1 Pg C år -1 45% 3.0 Pg C + år Pg C år 29% -1 kolinlagring 26% 2.3 Pg C år -1 Le Quéré et al. 2009, Nature-geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS, updated 5

6 Risksskogstaxering och markinventering används för LULUCFrapportering Permanenta rutor Sedan permanenta rutor 5-åriga omdrev (10 år for mark) rutor per year lämplig för data-baserad rapportering

7 Den svenska skogen är en kolsänka Årlig tillväxt: 110 Mm 3 42 Mton C Årlig avverkning: 90 Mm 3 35 Mton C Ökad skogsvolym: 20 Mm 3 7 Mton C Inlagring i skogsmark: 3 Mton C Total fastläggning: Som motsvarar cirka 10 Mton C 37 Mton CO 2 -ekv.

8 Norunda; SLU Fakta Skog nr 2, 2000 Hur mäter man förändringar i kolförråd? 1) Flöden: Mikrometeorologiska metoder (eddy flux) 2) Förändringar i förråd - långliggande försök eller åtkommande inventeringar Mäter hela ekosystemet Bra för förståelsen hög tidsupplösning. Relativ korta tidsserier tillgängliga Achim Grelle Ett dygn

9 Kol i matjorden C (ton ha -1 ) Kätterer et al NCAE 70: Hur mäter man förändringar i kolförråd? 2) Förändringar i förråd - långliggande försök eller åtkommande inventeringar Kungsängen ΔC=30% Ökning =0.1 ton C /ha och år Ökning =0.4 ton C /ha och år Ökning =0.2 ton C /ha och år Betesmark Åker fram till 1970, sedan betesmark Åker sedan 1860

10 Sker det en kolfastläggning i svenska betesmarker? Nationell markinventering permanenta rutor 383 rutor på betesmark Förändringar i kolförråd (Karltun et al., 2010) Kolfastläggning i svenska betesmarker är förmodligen försumbar Högre intensitet (gödsling, betestryck) kunde öka förråden men har negativa effekter på biodiversitet

11 Potential för minskad klimatpåverkan inom jordbruket Cropland management Grassland management Cultivated organic soils Restoration of degraded land IPCC assessment report 4, wg3

12 Åkermark i den nationella klimatrapporteringen: Kolbalanser i mineraljordar beräknas med en dynamisk modell, ICBM Bygger på: Heltäckande markinventering 1990-talet SMHI-klimatstationer Jordbruksstatistik Långliggande försök (för modellkalibrering) Modellen körs för 864 kombinationer : 8 produktionsområden; 9 grödtyper; 12 jordarter 0,5 0 Resultat Kolförråden ökar från syd till norr Mineraljordar nära balans Organogena jordar stor källa för CO 2 och N 2 O Andrén et al NCAE 81: Mton CO 2 M ton CO 2-0,5-1 -1,5 Mineraljordar -2 Organogena jordar -2, Net carbon change in mineral soils Subm 2013 Net carbon change in organic soils Subm 2013 Net carbon change in mineral soils Subm 2012 Net carbon change in organic soils Subm 2012 Net carbon change in mineral soils Subm 2011 Net carbon change in organic soils Subm 2011

13 Nedbrytningshastighet Nedbrytningshastighet Kolbalansen i marken styrs av fotosyntes och nedbrytning CO 2 Fotosyntes Nedbrytning styrs främst av Styrs av jordbrukarens beslut Skörd Till marken temperatur vattenhalt ph Svårare att påverka foto: Erik Sindhoj

14 Nedbrytningsprocessen Tid Dag 0 Växt- eller djurrester 3 mån Lättnedbrytbara föreningar är borta MB CO 2 1 år Svårnedbrytbara för. kvar MB H CO 2 2 år Svårn. för. M H CO 2 6 år H CO 2 30 år CO 2 MB= mikrobiell biomassa; H=humus

15 Stabilisering av organsikt material Biokemiskt recalcitrant Bläää, va äckligt! Kemiskt stabiliserat x Fe Ca Det känns som klister! Jag får inte bort det! Fysiskt oåtkomligt Anke Herrmann Jag kommer inte åt! Det finns mat därinne! 15

16 Ultuna Ramförsök, sedan 1956 Samma mängd kol tillförsel i olika material vartannat år +/- N gödsling 15 behandlingar x 4 block

17 C % (0-20cm) Markkol i ramförsöket Kätterer et al. (2011) Agriculture, Ecosystem and Environment 141, Torv+ M N Torv I ORötslam Stallgödsel+ K P Stallgödsel J NSågspån + N Halm+ G N LSågspån Gröngödsel H Halm F Cyanamid E C Kalksalpeter Ammoniumsulfat D BKontroll ASvartträda

18 Relativ skörd Relativ skörd Relativ skörd 2.5 Gröngödsel 2.5 Stallgödsel 2.5 Rötslam First year Second year after application First year Second year after application Skörd i N gödslad Halm +N Sågspån +N Torv +N First year Second year after application First year Second year after application Skörd i N gödslad Halm -N Sågspån -N Torv -N First year Second year after application First year Second year after application Skörd i ogödslad Öppna symboler: Fyllda symboler: Första året efter organiska tillsatser Andra året efter organiska tillsatser

19 Tillförsel av organiskt material och kvävegödsling leder till högre kolförråd i marken Kvävegödsling leder till högre rotproduktion Detta leder till kolinlagring

20 Volymvikt (g/cm 3 ) Mullen påverkar markens fysikaliska egenskaper pf-kurva, Ultuna (Kirchmann & Gerzabek, 1999) Volymvikt/porositet Ultuna Kätterer et al., ,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0, Kolhalt % En fördubbling av mullhalten ökar mängden växttillgänglig vatten med ca. 10% minskar volymvikten med ca. 10% påverkar markens hydrauliska egenskaper effekten är större i grövre jordar

21 12 platser De svenska Bördighetsförsöken Växtföljd 1 Växtföljd 2 Växtföljd 1 Växtföljd 2 Vårkorn ins. Vårkorn Vårkorn ins. Vårkorn Vall Oljeväxter Vall Havre Vall stallgödsel Oljeväxter Höstvete Höstvete Höstvete Höstvete stallgödsel Sockerbetor Skåne Mellersta Sverige Havre Havre Sockerbetor Höstvete Höstvete 20 ton stallg i vf1 efter höstvete; Skörderester tas bort i vf1 men lämnas kvar i vf2 30 ton stallg i vf1 före höstvete; Skörderester tas bort i vf1 men lämnas kvar i vf2 Försöksupplägg 2 block x 2 växtföljder x 4 PK-nivåer x 4 N-nivåer = 64 rutor

22 Skördar och mullhalter i Bördighetsförsöken t.ex. Örja

23 Höstvete skörd (kg ha -1 ) Höstvete skörd (kg ha -1 ) Förfruktseffekt, bördighet, produktionspotential Höstvete utan N-gödsling, hög PK Höstvete, hög N-gödsling, hög PK Förfrukt Vf 1, Vall Vf 1, Havre Vf 2, Oljeväxter Vf 2, Havre Ler% C%_start Högåsa Klosterg Bjertorp Kungsängen Fors Fjärdingslöv Örja Västraby Ugglarp Ekebo Orup Växtföljd 1 Växtföljd 2 Vårkorn ins. Vall Höstvete Sockerbetor Skåne stallgödsel Vårkorn Oljeväxter Höstvete Sockerbetor Vid hög N (Mellersta): 700 kg högre hv-skörd efter havre i vf1 jämfört med vf2. Förfruktseffekten beror på växtföljden som helhet (kolhalt 0,14% enheter., men kan även vara relaterad till skörderesthanteringen Växtföljd 1 Växtföljd 2 Vårkorn ins. Vårkorn Vall Havre Vall Mellersta Sverige Höstvete Havre Höstvete stallgödsel Oljeväxter Höstvete Havre Höstvete

24 Kvävegödslingens effekt på markens kolhalt (efter 50 år i Bördighetsförsöken, vf. 2) N-gödsling höjer kolförrådet i marken på alla platser främst pga. högre (rot)produktion

25 Resultat från 16 långliggande försök (4 serier): Varje kilo N höjer kolförrådet i marken med 1.15 kg C i matjorden (0-20 cm) Tillkommer: kolfastläggning i alven: 0.55 kg C kg -1 N Total kolfastläggning : 1.7 kg C kg -1 N (6.2 kg CO 2 -equ.)

26 Soil organic C% (0-20 cm) Fleråriga växter satsar mera på rotsystemet och leder därför till mera positiva kolbalanser än ettåriga växter 3 platser i Norrland 6-åriga växtföljder: vall och ettåriga grödor 5 4,5 4 5 år vall 3 år vall 2 år vall 1 år vall 3,5 3 2, Foto: L Andersson Ericson & Mattsson, 2000; Bolinder et al., 2010, 2012

27 Fånggrödor och kantzoner fångar kväve och kol Photo: Gunnar Torstensson. Timothy and English Ryegrass

28 Effekten av åtgärder för kolfastläggning avtar med tiden Hoosfield Continuous Barely, Rothamsted (Johnston m.fl., 2009) 35 ton stg per år sedan ton stg per år Enbart mineralgödsel För att hålla ett högt kolförråd krävs hög tillförsel Ett jämvikt ställer in sig efter ca. 200 år i vårt klimat

29 Höga mullhalter ökar risken för utlakning Harvning och sådd Plöjning och stallg. 35 ton stallgödsel per år sedan 1852 Enbart mineralgödsel 3 gånger så hög mullhalt 3 ggr så höga mängder mineralkväve under vintern 3 ggr. större risk för utlakning och bildning av lustgas (Data från Hoosfield, Powlson et al, 1989)

30 Reducerad jordbearbetning? Effekten beror på: Hur skörden påverkas Klimat större effektiv i torra områden A Etana (submitted) Grund bearbetning jämfört med plöjning leder till högre kolhalt i översta lagret. Inga skillnader i hela kolförrådet efter 35 år på Ultuna ( ) Men Dieselanvändningen minskar Erosionen minskar (P-förluster) Däremot Lustgasemissioner kan bli högre

31 Hur kan markens kolbalans påverkas Vallar Fånggrödor Gödsling Fotosyntes Skörd Produkter Nedbrytning Jordbearbetning Skörderester? Rötter Skörderester Rötter Lagring Behandling Bioenergiprocesser Kol i marken Stallgödsel bidrar vanligtvis inte till kolfastläggning Effekten av återförde produkter beror på behandling (biokol, rötrester etc.) Fotosyntesen driver kolfastläggning

32 Intensiv eller extensiv produktion Current agriculture Sufficient crop production Agricultural land High input agriculture Intensified crop production Bioenergy Increasing soil C Set-aside agricultural land Low input agriculture Extensive crop production + Ext. Crop production Decreasing soil C Growing less food per acre leaving less land for nature Natural land converted into agricultural land (Norman E. Borlaug & Christopher R. Dowswell, 1994

33 Strategier för att minska jordbrukets klimatpåverkan Mera kol i marken Hög produktion (1-2 kg C extra per kg N) Rötter är viktiga för kolinlagring Grön mark året om (fånggrödor, åkerkanter) Fleråriga växter (bioenergi), fånggrödor Rester från samhället (biokol, rötrester, kompost, slam)? Beror på alternativanvändning. Stallgödsel leder inte till kolfastläggning i regional/global perspektiv Växtförädling större rotbiomassa, svårnedbrytbara skörderester, flerårig stråsäd Minskad import av foder och livsmedel Minskad jordbearbetning? Marginell effekt i Sverige men minskad dieselförbrukning dock förmodligen ökade lustgasutsläpp Stoppa avskogningen på södra halvkoltet! Lägre lustgasutsläpp Effektivare utnyttjande av kväve

34 Foto: Igelösa, G Börjesson Tack för din uppmärksamhet!