Del av seminariet "Från kolkälla till kolfälla: Om framtidens klimatsmarta jordbruk"
8 maj 2012, 13.00 - 16.30
Kulturhuset, Stockholm
Thomas Kätterer, professor, SLU, om hur vi kan påverka och mäta förändringar i jordbruksmarkernas kolförråd.
World Food Day 2020: School feeding much more than providing a meal
Hur säkert kan vi mäta kol i marken?
1. Hur kan vi påverka och mäta
förändringar i
jordbruksmarkens kolförråd?
Thomas Kätterer
Inst. för mark och miljö
2. Disposition
• Kolbalans och bördighet
• Hur mäter man kolbalanser?
• Kolbalansen i svensk jordbruksmark
• Kolbalans beroende av växtföljder, stallgödsel,
skörderesthantering och N-gödsling
• Långliggande fältförsök
• En klimatneutral livsmedelsproduktion
Sveriges lantbruksuniversitet
mark och miljö
3. Markens kolbalans
Mängd och kvalitet av det CO2
tillförda organiska
materialet kan påverkas
fotosyntes nedbrytning
Nedbrytningen är svårare
att påverka.
Den styrs främst av
• temperatur
foto: Erik Sindhoj
• vattenhalt
• markegenskaper
Sveriges lantbruksuniversitet
mark och miljö
4. Markkol och bördighet
Levernas av
växtnäring
5
Växtnäring
Växttillgänglig vatten
>100 svenska
markprofiler Volymvikt
Växttillgänglig vatten
100
0 80
20% ler Ultuna
0 5
Kolhalt % 10 1.50
60
Volymvikt (g/cm3)
1.40
40
40% ler 1.30
20
1.20
0 1.10
0 2 4 1.00
Kolhalt % 0.90
0 1 2 3 4
En fördubbling av mullhalten Kolhalt %
• fördubblar leveransen av N, P och S
• ökar mängden växttillgänglig vatten med ca. 10%
• minskar volymvikten med ca. 10% (ökad porvolym – bättre struktur)
• höjer skörden (15% i ett försök)
• har störst effekt i grövre jordar
5. Hur mäter man kolbalansen?
1. Mikrometeorologiska metoder (eddy flux)
Ett dygn
Ett år
Bra för förståelse av ekosystem
Bara korta tidsserier tillgängliga
Norunda; SLU Fakta Skog nr 2, 2000
6. Hur mäter man kolbalansen?
2. Förändringar i kolförråd i långliggande
försök eller återkommande karteringar
Kungsängen
Kol i matjorden C (ton ha-1)
90 Betesmark
80
Åker fram till
70 1970, sedan
betesmark
60
50 Åker sedan
1860
40
1930 1950 1970 1990 2010
Kätterer et al. 2004. NCAE 70:179-187
7. Nationell rapportering: Kolbalanser i jordbruksmark
beräknas med en dynamisk modell
Bygger på:
• Heltäckande markinventering 1990-talet
• SMHI-stationer
• Jordbruksstatistik
Modellen körs för 864 kombinationer :
8 produktionsområden; 9 grödtyper; 12 jordarter
PO 5,7,8
Resultat
• Kolförråden ökar från syd till norr
• Mineraljordar nära balans
• Organogena jordar förlorar PO 1
1 Mton C per år
Andrén et al. 2008. NCAE 81:129–144
8. Långa tidsserier – värdefulla för modellkalibrering
Halm Stallgödsel
Kol (14C %)
Stabiliseringen i marken beror på materialets och markens beskaffenhet
Kvar i marken Halm % Stallgödsel %
Efter 5 år 20 30
Efter 37 år 5 9
Tatzber et al., SSSAJ 73:744-750
10. Samma mängd kol tillförs i olika former
+/- mineralkväve
5
Torv+ N
M
Markkol i Ultuna ramförsök Torv
I
4
Rötslam
O
Stallgödsel+ P
K
C % (0-20cm)
Stallgödsel
J
Sågspån + N
N
3
Halm+ N
G
Sågspån
L
Gröngödsel
H
2
Halm
F
Cyanamid
E
Kalksalpeter
C
1
Ammoniumsulfat
D
Kontroll
B
Svartträda
A
0
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Kätterer et al. (2011) AGEE 141, 184-192
11. Tillförsel av organiskt material och kvävegödsling
leder till högre kolförråd i marken
Sveriges lantbruksuniversitet
mark och miljö
12. Vall och stallgödsel höjer kolhalten i
bördighetsförsöken
200
Försöken i Skåne Skörderester
jämfört med vf2 (kg C/ha)
180 /rötter
Årlig kolinlagring I vf1
160 Stallgödsel
Växtföljd 1 Växtföljd 2 140
120
Vårkorn Vårkorn 100
80
Vall Oljeväxter 60
40
Höstvete Höstvete 20
0
Sockerbetor Sockerbetor 1 2 3 4
20 ton stallg/vf Kvävenivå
• Högre mullhalter i vf1 (130 kg C per ha och år i genomsnitt)
• Kolinlagringen beror på stallgödsel och skörderester/rötter
• Vf-effekten minskar med ökande N-givor eftersom skillnaderna i
skörd minskar
Sveriges lantbruksuniversitet
mark och miljö
13. Kvävegödslingens effekt på markens kolhalt
(vf. utan djur - efter 50 år i bördighetsförsöken)
Mera skörderester/rötter höjer kolhalten
Sveriges lantbruksuniversitet
mark och miljö
14. Kolfastläggning i bördighetsförsöken (utan stallgödsel)
Slutsatser:
• 1 kg N resulterar i 1 kg kolfastläggning
• N-gödsling är i detta hänseende klimatneutral vid användning
av BAT-gödsel (3,6 kg CO2-ekv. per kg N)
15. Fleråriga växter satsar mera på rotsystemet än ettåriga.
Detta leder till mera positiva kolbalanser
3 långliggande fältförsök i Norrland
6
5 år vall /6 år
Kolkoncentration (%; 0-20 cm)
3 år vall /6 år
5 2 år vall /6 år
1 år vall /6 år
4
3
2
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990
• Relativa effekter är konsistenta
• Absoluta effekter beror på fältens historik
Data från Ericson & Mattsson, 2000
16. Effekten av åtgärder för kolfastläggning avtar med tiden
Hoosfield Continuous Barely, Rothamsted
35 ton stg per år sedan 1852
35 ton stg per år 1852-1871
Enbart mineralgödsel
• Stallgödselns effekt på kolförrådet avtar med tiden
• Ett jämvikt ställer in sig efter ca. 200 år i vårt klimat
Johnston et al., 2009
17. Strategier för att minska jordbrukets
klimatpåverkan
Mera kol i marken
• Hög produktion (N-gödsling)
• Grön mark året om (fånggrödor)
• Perenner (bioenergi, åkerkanter)
• Rester från bioenergiprocesser (biokol, rötrester)
• Växtförädling – större rotbiomassa, svårnedbrytbara skörderester,
perenna grödor
• Minskad import av foder och livsmedel
Lägre lustgasutsläpp
• Effektivare utnyttjande av kväve (stallgödsel lagring och
spridningstidpunkt)
18. Ett jordbruk utan fossil energi
• Termisk förgasning av biomassa och restprodukter – biokol
• Biodiesel – halm, Salix, hampa, rörflen mm.
• Biogas – stallgödsel, vall
• Grön handelsgödsel N (10% halmskörd tillräckligt för
jordbrukets N-behov)
• Minskad jordbearbetning – minskar
dieselförbrukningen, minskar NP-läckage men förmodligen
inte kolfastläggningen i vårt klimat.
Organogena jordar??
Swedish University of Agricultural Sciences
Soil–Water–Environment
19. Tack för din uppmärksamhet!
Swedish University of Agricultural Sciences
Soil–Water–Environment
20. Bilder för evtl. diskussion
Swedish University of Agricultural Sciences
Soil–Water–Environment
21. Organiska gödselmedel ökar kolhalt
och bördighet
Finns det några nackdelar?
Swedish University of Agricultural Sciences
Soil–Water–Environment
22. Organiska gödselmedel höjer risken för utlakning på
kort och på lång sikt
Harvning och
sådd
Plöjning och 35 ton stg per år
gödsling sedan 1852
Enbart
mineralgödsel
3 gånger så hög mullhalt – 3 gånger så höga mängder mineralkväve
under vintern – 3 gånger sår hög risk för utlakning
Swedish University of Agricultural Sciences
Soil–Water–Environment
(Data från Hoosfield, Powlson et al, 1989)
23. Lustgas
Exempel:
Lustgasutsläpp i vete
efter spridning av
stallgödsel
Höga utsläpp i försöksled
med stallgödsel
Temp
Toppar sammanfaller med
högt vattenhalt och höga
temperaturer
Vattenhalt
Zhai et al. 2011;
Swedish University of Agricultural Sciences
Agr. Sci. China 10(11): 1748-1757
Soil–Water–Environment
Dagar