hur säkert kan vi mäta kol i marken?
DESCRIPTION
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.TRANSCRIPT
Hur kan vi påverka och mäta förändringar i
jordbruksmarkens kolförråd?
Thomas KättererInst. för mark och miljö
Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö
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 lantbruksuniversitetmark och miljö
Markens kolbalans
Mängd och kvalitet av det tillförda organiska materialet kan påverkas
Nedbrytningen är svårare att påverka.Den styrs främst av • temperatur• vattenhalt • markegenskaper
fotosyntes
CO2
nedbrytning
foto: Erik Sindhoj
Markkol och bördighet
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
102030405060708090
Växttillgänglig vatten>100 svenska markpro-
filer
Kolhalt %
Växtti
llgän
glig
vatt
en
En fördubbling av mullhalten • 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
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.90
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
1.50
VolymviktUltuna
Kolhalt %
Voly
mvi
kt (g
/cm
3)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
5
Levernas av växtnäring
Kolhalt %
Vä
xtn
äri
ng
40% ler
20% ler
Hur mäter man kolbalansen?1. Mikrometeorologiska metoder (eddy flux)
Norunda; SLU Fakta Skog nr 2, 2000
Ett dygn
Ett år
Bra för förståelse av ekosystemBara korta tidsserier tillgängliga
Hur mäter man kolbalansen?2. Förändringar i kolförråd i långliggande försök eller återkommande karteringar
1930 1950 1970 1990 201040
50
60
70
80
90
Ko
l i
ma
tjo
rde
n C
(to
n h
a-1
)
Betesmark
Åker fram till 1970, sedan betesmark
Åker sedan 1860
Kungsängen
Kätterer et al. 2004. NCAE 70:179-187
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
Andrén et al. 2008. NCAE 81:129–144
Resultat• Kolförråden ökar från syd till norr• Mineraljordar nära balans• Organogena jordar förlorar
1 Mton C per år
PO 5,7,8
PO 1
Långa tidsserier – värdefulla för modellkalibreringK
ol
(14C
%)
Kvar i marken Halm % Stallgödsel %
Efter 5 år 20 30
Efter 37 år 5 9
Halm Stallgödsel
Tatzber et al., SSSAJ 73:744-750
Stabiliseringen i marken beror på materialets och markens beskaffenhet
Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö
Ultuna Ramförsök
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 20200
1
2
3
4
5M
I
O
K
J
N
G
L
H
F
E
C
D
B
A
C %
(0
-20
cm
)
Samma mängd kol tillförs i olika former +/- mineralkväve
SvartträdaKontroll
Kalksalpeter
Halm
Halm+ N
Gröngödsel
Stallgödsel
Torv
Sågspån
RötslamStallgödsel+ P
Sågspån + N
Ammoniumsulfat
Cyanamid
Torv+ N
Kätterer et al. (2011) AGEE 141, 184-192
Markkol i Ultuna ramförsök
Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö
Tillförsel av organiskt material och kvävegödsling leder till högre kolförråd i marken
Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö
Vall och stallgödsel höjer kolhalten i bördighetsförsöken
Växtföljd 1 Växtföljd 2
Vårkorn Vårkorn
Vall Oljeväxter
Höstvete Höstvete
Sockerbetor Sockerbetor
• 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
20 ton stallg/vf
1 2 3 40
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200 Skörder-ester/rötterStallgödsel
Kvävenivå
Årl
ig k
olin
lagr
ing
I vf1
jäm
-fö
rt m
ed v
f2 (k
g C/
ha)
Försöken i Skåne
Sveriges lantbruksuniversitetmark och miljö
Kvävegödslingens effekt på markens kolhalt (vf. utan djur - efter 50 år i bördighetsförsöken)
Mera skörderester/rötter höjer kolhalten
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)
Fleråriga växter satsar mera på rotsystemet än ettåriga. Detta leder till mera positiva kolbalanser
3 långliggande fältförsök i Norrland
2
3
4
5
6
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990
Ko
lko
nce
ntr
atio
n (
%;
0-20
cm
)
5 år vall /6 år3 år vall /6 år2 år vall /6 år1 år vall /6 år
Data från Ericson & Mattsson, 2000
• Relativa effekter är konsistenta• Absoluta effekter beror på fältens historik
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
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)
Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment
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 SciencesSoil–Water–Environment
Tack för din uppmärksamhet!
Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment
Bilder för evtl. diskussion
Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment
Organiska gödselmedel ökar kolhalt och bördighet
Finns det några nackdelar?
Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment
Organiska gödselmedel höjer risken för utlakning på kort och på lång sikt
3 gånger så hög mullhalt – 3 gånger så höga mängder mineralkväve under vintern – 3 gånger sår hög risk för utlakning
(Data från Hoosfield, Powlson et al, 1989)
Harvning och sådd
Plöjning och gödsling
35 ton stg per år sedan 1852
Enbart mineralgödsel
Swedish University of Agricultural SciencesSoil–Water–Environment
Zhai et al. 2011; Agr. Sci. China 10(11): 1748-1757
Exempel: Lustgasutsläpp i vete efter spridning av stallgödsel
Höga utsläpp i försöksled med stallgödsel
Toppar sammanfaller med högt vattenhalt och höga temperaturer
Lustgas
Vattenhalt
Temp
Dagar