En del av den koldioxid som växternas fotosyntes binder från luften återfinns i marken, i form av mull. Mull bildas utav mikrobbiomassa, rotavsöndringar och växtrester. Markorganismer omvandlar organiskt material till mull, men de bryter också ner befintlig mull. Därvid avgår koldioxid till luften och markens kolhalt minskar. Balansen mellan anrikning och nedbrytning av kol kan vara positiv eller negativ. I det ena fallet ökar mullhalten, i det andra minskar den.
Mull ökar markens kapacitet att binda vatten och växtnäring i växttillgänglig form (katjonbyteskapacitet). Därtill stabiliserar mull aggregeringen mellan mineralpartiklarna.
Ju högre som lerhalten är, desto högre borde också mullhalten vara; kvoten mellan lerhalt och mullhalt borde helst ligga under fem (Dexter-kvot). En jord med en lerhalt på 40 procent borde alltså ha en mullhalt på minst åtta procent. Är det möjligt att bibehålla respektive uppnå en sådan nivå?
Vi testar denna fråga med hjälp av kolbalanser på skiftesnivå, under ett växtföljdsomlopp. I den föreliggande artikeln beräknar och analyserar vi kolbalansen vid integrerad mjölkproduktion, i en följande artikel utförs motsvarande kalkyler och resonemang för ren växtodling.
Utgångspunkterna för beräkningen av kolbalanser vid integrerad mjölkproduktion har beskrivits tidigare (Forsman och Riesinger, Landsbygdens Folk 15.01.2021). Med ett arealunderlag på 80 hektar producerar den i tabell 1 beskrivna växtföljden allt det foder som behövs för en besättning på 43 mjölkkor (årlig mjölkavkastning 9.000 kg ECM), inklusive uppfödningen av samtliga kalvar till rekryterings- eller slaktdjur. Utöver 373 ton mjölk och 9,5 ton kött producerar gården årligen 60 ton brödsäd och 6 ton rapsolja.
Tabell 1. Tillförsel av kol genom fotosyntes och stallgödsel under en åttaårig växtföljd med flerårig vall och fånggrödor (integrerad mjölkproduktion).
Skördad produkt (kg kol/ha) | Växtrester ovan jord (kg kol/ha) | Rötter (kg kol/ha) | Rotdeposition (kg kol/ha) | Stallgödsel (kg kol/ha) | |
Korn | 2 250 | 750 | 449 | 299 | 473 |
+ kornhalm | 1 250 | ||||
+ vallinsådd* | 450 | 418 | |||
Vall I | 3 600** | 3 346 | |||
+ höståterväxt | 900 | 837 | |||
Vall II | 3 600** | 3 346 | 732 | ||
+ höståterväxt | 900 | 837 | |||
Vall III | 3 600** | 5 146 | 3 346 | 732 | |
+ nedbrukad stubb | 360 | ||||
Höstrybs/vårraps | 900 | 3 669 | 1 454 | 900 | 473 |
Höstvete | 2 700 | 3 832 | 1 089 | 1 089 | 473 |
+ fånggröda*** | 450 | 643 | 418 | ||
Ärt | 1 350 | 3 130 | 1 043 | 675 | |
Havre | 2 250 | 1 969 | 1 688 | 1 125 | 473 |
+ fånggröda*** | 450 | 643 | 418 | ||
Summa | 20 250 | 18 110 | 12 155 | 17 054 | 3 308 |
Humifierat kol | 2 264 | 3 768 | 5 287 | 1 073 |
(Algoritmerna enligt Bolinder m.fl. 1997 och 2007 samt Gan m.fl. 2009)
* Rödklövergräsvall
** Genomsnitt under tre vallår
*** Engelskt rajgräs och vitklöver
Tillförsel av kol
45 procent av växternas torrsubstans (ts) består av kol. Skörd innebär att en mer eller mindre stor del av det bundna kolet avlägsnas från åkern. För en given gröda antas att viktförhållandet (ts) mellan frön, skott, stubb och rötter är linjärt. Detta gäller också för rotdepositionen, dvs. den mängd kol som redan under grödans livstid avsöndras från rötterna i form av utsöndringar, döda rotceller och döda rotdelar. Den sammanlagda mängd kol som grödan har bundit genom fotosyntes kan således beräknas utifrån den biomassaskörd som producerats (Bolinder m.fl. 1997 och 2007 samt Gan m.fl. 2009). Vi tar korn som exempel (se tabell 1).
Kornets kärnskörd uppgår till 5.000 kg (ts); denna ts-skörd innehåller 45 procent kol, dvs. 2.250 kg kol. Enligt Bolinder m.fl. (2007) utgör kärnskörden 45 procent av grödans totala kolbindning, halmskörden står för 25, stubb samt skörderester för 15, rötter för nio och rotdeposition för sex procent.
Vid en kärnskörd på 5.000 kg (ts) motsvaras dessa andelar av 2.250 kg kol i kärnskörden, av 1.250 kg kol i halmskörden, av 750 kg kol i återstående skörderester och stubb, av 449 kg kol i rötter och av 299 kg kol som har avsöndrats i form av rotdeposition under växttiden. På motsvarande sätt beräknas koltillförseln för de övriga i växtföljden ingående grödorna (se tabell 1).
Under sin hösttillväxt antas vallinsådden binda en motsvarande mängd kol som de fånggrödor som sås in i höstvete och havre. I motsats till fånggrödorna fortsätter fodervallens rötter sin tillväxt under vallåren.
Under vallåren är skörderesterna minimala, med undantag för höståterväxten som lämnas kvar på åkern. Under vallens liggtid tillförs marken kol främst i form av rotdeposition. Först vid vallbrott sker en koltillförsel i form av rötter och stubb (se tabell 1).
Vid användning av organiska gödselmedel recirkuleras en del av fodermedlens kolinnehåll inom gården eller mellan gårdar (stallgödsel), eller från livsmedelskedjan tillbaka till åkrarna (reningsverkslam, kompost).
En del av fodrets och livsmedlens kolinnehåll har förbrukats för livsyttringar och produktionen av kött, mjölk eller ägg. Ytterligare kol förloras under lagringen av organiska gödselmedel; dessa förluster är särskilt höga vid fritt luftutbyte (kompostering).
Djurhållningen ger upphov till totalt 1.475 kubikmeter flytgödsel. Till korn, oljeväxter, höstvete och havre sprids 20,75 kubikmeter flytgödsel/ha. Andra- och tredjeårsvallen tillförs 32,1 kubikmeter flytgödsel/ha.
Nötflytgödsel har 8,1 procent torrsubstans (ts) och väger 1.000 kg/kubikmeter (Markkarteringstjänst 2000). Med en kolhalt på 40 procent och under beaktande av kolförluster på 25 procent tillförs åkrarna 504 respektive 780 kg kol/ha (se tabell 1).
Tabell 2. Minskningen av markens kolhalt som följd av mineralisering under en åttaårig växtföljd (mullhalt 10 procent, motsvarande 175 000 kg kol/ha).
Årlig mineralisering (procent) | Årlig förlust av kol (kg/ha) | |
Korn + insådd | 0,5 | 875 |
Vall I | 0,5 | 875 |
Vall II | 0,5 | 875 |
Vall III | 1 | 1 750 |
Höstrybs/vårraps | 1 | 1 750 |
Höstvete + fånggröda | 1 | 1 750 |
Ärt | 1 | 1 750 |
Havre + fånggröda | 1 | 1 750 |
Summa | 11 375 |
Uppbyggnad och nedbrytning av mull
Av kolinnehållet i de ovan markytan befintliga skörderesterna omvandlas 12,5 procent till mull, av kolet i rötter och rotdeposition 31 procent (Kröbel m.fl. 2016). Möjligtvis ökar andelen av det kol som omvandlas till mull då skörderester och stubb myllas ner i marken (plöjning).
Det finns ont om undersökningar kring humifieringen av stallgödselns kolinnehåll; här antar vi att 30 procent av det i stallgödseln befintliga kolet återfinns i mull. Heinonsalo m.fl. (2020) antar större andelar humifierbart kol och/eller en större effektivitet i mikroorganismernas omvandling av organiskt material till mull; en högre humifieringskvot ökar mullbildningen.
Under den åttaåriga växtföljden humifieras per hektar 2.264 kg kol från växtrester ovan jord, 3.768 kg kol från växtrötter och 5.287 kg kol från rotdeposition. Stallgödselgivor tillför mullbildningen 1.007 kg kol/ha. Helt dominerande vid bildningen av mull är alltså rötterna och deras deposition. Sammanlagt övergår på en hektar åkermark under den åttaåriga växtföljden 1.2391 kg kol till mull (se tabell 1).
Förlusten av mull som följd av markorganismernas nedbrytning ligger på 0,5-1 procent/år. Som följd av en kraftigare syrsättning av marken antas odlingen av ettåriga grödor resultera i en kraftigare nedbrytning av mull (en procent/år) än odlingen av flerårig vall (0,5 procent/år, förlusterna uppstår här främst som följd av vallbrott).
Vid en hög mullhalt betingar en viss procentuell minskning en högre förlust i absoluta tal än vad som är fallet vid en lägre mullhalt. Kan mullhalten bibehållas då vi utgår från en relativ hög mullhalt, tio procent (”mullrik”; se tabell 2)?
En mullhalt på tio procent innebär 350 ton mull, dvs. 175 ton kol (i matjordslagret); en årlig mineralisering på en respektive 0,5 procent motsvarar således förluster på 1.750 respektive 875 kilogram kol. Under den åttaåriga växtföljden uppgår förlusten av kol till sammanlagt 11.375 kg/ha (se tabell 2). Denna förlust är något lägre än koltillskottet på 12.391 kg/ha (se tabell 1).
Integrerad mjölkproduktion kan alltså upprätthålla mullhalter kring ett jämnviktsläge på drygt tio procent (”mullrik” mineraljord). Om odlingsjorden är ”mullhaltig” (3-5,9 procent mull) kan integrerad mjölkproduktion anrika kol i marken, men är odlingsjorden ”mycket mullrik” (12-19,9 procent mull), så blir nedbrytningen av kol högre än inlagringen.
Nyckeln är växtodlingens produktivitet
Av grundläggande betydelse för lantbrukets kolbalans är grödornas kapacitet att genom fotosyntes omvandla lufthavets kol till växtbiomassa, med andra ord växtodlingens produktivitet. Andra faktorer är det organiska materialets nedbrytbarhet, mikroorganismernas effektivitet vad gäller mullbildning och jordmånens benägenhet att bilda stabila komplex mellan mineralsubstans och organiskt material.
Finkorniga jordarter (lerjordar) bevarar i regel en större del av mullen under en längre tid än vad som är fallet i grovkorniga jordar (sand- och mojordar).
Humifieringskoefficienter beskriver den utsträckning med vilken kolmängden i tillförd organisk substans omvandlas till stabila mullföreningar. Utav de värden som olika forskare anger för dessa koefficienter har vi i de föreliggande beräkningarna valt att använda de värden som ligger i det nedre området av gaffeln. Mikroorganismernas och jordmånens roll i uppkomsten av stabila mullföreningar beaktas inte.
Vår beräkning gör således inte anspråk på att redovisa modellgårdens kolbalans i absoluta tal; avsikten är istället att förtydliga effekten av olika åtgärdsalternativ på mullhaltens utveckling, och därmed inlagringen av atmosfäriskt kol i marken.
Paul Riesinger