SLU-nyhet

Konstgödslingens baksidor kan motverkas med ökad kolhalt i jorden

Publicerad: 08 juni 2018
field.jpg

Konstgödsel i lantbruket ger hälften av världens befolkning mat för dagen, men gynnar samtidigt bakterier som producerar kraftfulla växthusgaser. En ny avhandling från SLU visar att kol-kväve-halten i jorden har stor betydelse för denna effekt. Denna halt kan påverkas med bland annat vallodling.

Tillgången på kväve har alltid varit jordbrukets mest begränsande faktor, vilket gjort naturligt gödsel till en eftertraktad resurs. Detta förändrades för all framtid år 1909, då artificiellt framställd ammoniak såg dagens ljus. Härifrån var steget till konstgödsel inte långt, och en av jordbrukshistoriens största revolutioner var ett faktum. Produktionen fyrdubblades, och konstgödslad mat försörjer idag mer än hälften av världens befolkning.

Kraftfull växthusgas

Men myntet har som alltid en baksida. Av allt kväve som på detta sätt appliceras i jordbruket tas än i dag mindre än hälften upp av växterna. En stor del av den resterande mängden omsätts av mikroorganismer. Den dominerande processen kallas denitrifiering, under vilken nitrat omvandlas till kvävgas. Många mikrober kan dock inte utföra det sista steget, från lustgas till kvävgas, varför en stor del av kvävet frigörs till atmosfären just som lustgas. Detta är ett problem, då lustgas är en mycket kraftfull växthusgas, 300 gånger starkare än koldioxid, som dessutom antas skada ozonlagret. Över 60 % av den lustgas som produceras antas komma just från gödslad jordbruksmark, och lustgashalterna har ökat med 20 % sedan kvävegödslingens genomslag. Denitrifierande bakterier bidrar därför till lustgasproduktionen.

bottles.jpg
Vilka effekt kvävegödsling har på mikrobsamhället i jorden undersöktes.
tina.jpg
Tina Putz avhandling visar att förhållandet mellan kol och kväve i jorden har en avgörande inverkan på mikrobsamhället.
field2.jpg
Vilken effekt kvävegödsling har på mikrobsamhället i jorden undersöktes.

Nyligen upptäcktes dock en annan grupp bakterier, som inte är denitrifierare men kapabla att reducera lustgas till kväve. Dessa utgör världens enda kända biologiska lustgassänka. Ytterligare en grupp bakterier kan bevara kvävet i jorden genom att omvandla det från nitratform till ammoniak. Detta är en mindre flyktig form av kväve som binds bättre till jorden. Dessa bakterier anses därför bidra till att minska kväveläckaget och lustgasproduktionen, även om de inte omvandlar lustgas per se.

Kol-kväve-halten avgörande

Det finns naturligtvis ingen möjlighet att upphöra med konstgödsling och samtidigt mätta världens befolkning. Ur perspektivet att kvävet som appliceras bör bli kvar i marken och inte omvandlas till lustgas, vore det dock intressant att veta vilka markförhållanden som gynnar denitrifierarna, lustgasreducerarna och de kvävebevarande bakterierna. Detta har undersökts i en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi på Sveriges lantbruksuniversitet, skriven av Tina Putz. 

 - Naturens enda kända sätt att minska mängden lustgas är genom lustgasreducerande mikrober, säger Tina. Vårt första steg var därför att undersöka deras potential genom att tillsätta dem till olika lustgasproducerande jordar och mäta mängden avgiven gas. Vi märkte då att de tillsatta bakterierna minskade producerad lustgas med i genomsnitt 50 %, men att skillnaden mellan jordar var stor. Den viktigaste orsaken var kol-kväve-förhållandet (C/N); i jordar med högt sådant (d.v.s. mycket kol) minskade lustgasproduktionen betydligt mer än i jordar med lågt C/N.

Gödsling ger lustgasproducerande bakterier

- Vi har också studerat vilken effekt kvävegödsling har på mikrobsamhället i jorden, fortsätter Tina. Vi kunde se i en rad olika jordar att långvarig gödsling kraftigt påverkade mikrobsamhället och i synnerhet de mikroorganismer som omvandlar kväve. Särskilt ökade mängden denitrifierande bakterier, vilket alltså ökar den lustgasproducerande potentialen.

Även här hade dock jordens C/N-halt en avgörande inverkan; högre halt innebar mer artrika mikrobsamhällen och högre andel lustgasreducerande bakterier. Detta visar alltså att gödslade jordar, särskilt de med låg C/N-halt, förlorar mer kväve och producerar mer lustgas än icke-gödslade.

Växtföljd som verktyg

Eftersom C/N-halten förefaller vara central för jordens lustgasproduktion, studerade Tina också växtföljdens inverkan på denna. Växtföljd med uteslutande spannmålsgrödor, som på sikt utarmar jorden, jämfördes med växtföljd med inslag av vallodling, som återbördar mer organiskt material. Studien visar att spannmålsgrödorna på sikt sänker jordens C/N-halt, medan vallinslagen håller den stabil.

- Detta har också inverkan på jordens denitrifierande och lustgassänkande potential, säger Tina. Denitrifierande bakterier gynnas av spannmålsregimen, medan kvävebevarande och lustgasreducerande bakterier trivs bättre när spannmålsgrödorna varvas med vallodling och C/N-halten höjs. Ett annat sätt att höja C/N-halten vore att exempelvis plöja ner halmen, ungefär som när man balanserar en kompost, men det har inte specifikt testats i avhandlingen.

Sammantaget visar Tina Putz avhandling att förhållandet mellan kol och kväve i jorden har en avgörande inverkan på mikrobsamhället. Högre C/N-halt gynnar förekomst och aktivitet av bakterier som bevarar kväve och reducerar lustgas, medan långvarig gödsling gynnar förekomsten av sådana som bidrar till kväveförlusten och lustgasproduktionen. Kloka växtföljdsval, och sannolikt också mekaniskt tillsättande av växtmaterial, kan dock bidra till att höja C/N-halten och minska förutsättningarna för lustgasproduktionen.

Text av Mårten Lind

Sidansvarig: cajsa.lithell@slu.se