Odlingssystemens effekter på kolinlagring i jordbruksmark - kunskapsbank och modellering

We intend to build a user-friendly decision-tool for farmers with a web-based interface. The project focuses on concept development and integration of data concerning the effect of different cropping- and management systems on soil fertility and carbon sequestration from applied research in Swedish long-term field trials. Recent scientific evidence is incorporated into a knowledge-base and used for a recalibration of ICBM, a simple soil carbon model. The research is conducted in close collaboration between scientists at SLU and “Focus on Nutrients”, the largest advisory program in Sweden which is a joint venture between The Swedish Board of Agriculture, County Administrative Boards, The Federation of Swedish Farmers and a number of companies in the farming business. The outcomes from this project will contribute to reduce the environmental footprint from the agricultural sector, are requested for the national GHG reporting, and will also promote international collaboration.

Målsättningen är att bygga ett lättanvänt web-baserat verktyg som kan användas inom rådgivningen. Projektet fokuserar på konceptutveckling och utvärdering av effekten av olika odlingssystem och skötselåtgärder på bördighet och kolinlagring, baserat på data från långliggande fältförsök i Sverige. Den vetenskapliga bakgrunden lagras i en kunskapsbank och används för att göra en ny kalibrering av kolbalansmodellen ICBM, som vi har utvecklat vid SLU. Forskningen och utvecklingen utförs i nära samarbete mellan SLU och ”Greppa Näringen”, det största rådgivningsprogrammet i Sverige, som stöds av Jordbruksverket, LRF, Länsstyrelserna samt andra intressenter inom jordbrukssektorn. Resultaten kommer att fylla ett behov för rådgivningen; de kommer att underlätta beräkningar av långsiktiga effekter på markbördighet och klimatpåverkan på enskilda gårdar, men de kan också användas av den svenska klimatrapporteringen. Projektet kommer också att gynna internationellt samarbete.

Resultat från metaanalyser i vår studie visar att kolinlagringspotential (kg kol per hektar och år) i matjorden avtar i följande ordning: vall (520) ˃ stallgödsel (410) ˃ fånggrödor (330) ˃ N-gödsling (230) ˃ halmåterföring (120) ˃ direktsådd (<100). Kolinlagringspotentialen i alven som undersöktes på några av de svenska långliggande fältförsöken (LF) skiljer sig mellan platserna. Fortsatt arbete behövs för att förstå orsaken till denna variation. Data från ett stort antal LF analyserades för att ta fram nya parametrar och skatta osäkerhet i kolbalansmodellen ICBM. Vår hypotes att ovanjordiska växtrester bidrar mindre till mullbildning jämfört med rötter kunde inte förkastas. För att studera nedbrytning av organiskt material testades Tea Bag Index i försök över hela landet, och det visade sig vara en användbar metod för framtida modellutveckling. ICBM integrerades för mullberäkningar i Odlingsperspektiv, ett rådgivningsverktyg som är lätthanterligt och flexibelt.

Mull är den viktigaste faktorn för markens bördighet och kvalitet. Dessutom är den totala mängden kol i markens mullförråd större än summan av allt kol i atmosfären och i all vegetation tillsammans. Små förändringar i mullförråden har därför stor betydelse för det globala kolkretsloppet och kolfastläggning i jordbruksmark anses vara en kostnadseffektiv åtgärd för att uppnå negativa CO2-utsläpp. Enligt klimatkonventionerna redovisas förändringar i markens kolförråd inom den så kallade LULUCF-sektorn på nationell nivå med olika metoder som kompletterar varandra, med linjära koefficienter eller kolbalansmodeller.
I detta projekt har vi sammanställt och analyserat data från långliggande fältförsök (LF) i Sverige och andra delar av Europa med liknande mark- och klimatförhållanden. Syftet var att förbättra de modeller som används för att skatta kolinlagring i jordbruksmark, samt att utveckla ett enklare verktyg för användning inom den svenska rådgivningen. I svenska LF har också en ny metodik med tepåsar (Tea Bag Index) använts för att skatta hur nedbrytning av organiskt material påverkas av markegenskaper och klimat. Vi undersökte också om kolförråden i alven påverkas av olika odlingssystem.
I klimatdebatten hör man ofta att direktsådd ökar kolinlagringen i mark. Våra resultat från omfattande litteratursammanställningar och metaanalyser av LF-data visar att kolininlagrings-potentialen (kg kol per hektar och år, skattat med linjära koefficienter) i matjorden avtar i följande ordning: vall (520) ˃ stallgödsel (410) ˃ fånggrödor (330) ˃ N-gödsling (230) ˃ halmåterföring (120) ˃ direktsådd (<100). Tvärtemot vad många kanske tror är direktsådd den åtgärd som har lägst kolinlagringspotential. Tar man också hänsyn till förändringar av kol i hela markprofilen blir effekten av direktsådd försumbar eftersom det blir en motsvarande negativ effekt i djupare jordlager. Provtagningar i djupet för utvalda försöksled i svenska LF visar dock att olika skötselmetoder kan ge en positiv effekt på kolförråden i alven. Framför allt gäller detta odlingssystem som gynnar högre nettoprimärproduktion eller som inkluderar en stor andel vall i växtföljderna. Effekten är emellertid varierande mellan platser och vi gör därför flera mätningar i ett nystartat SLF-projekt för att få mer kunskap om vilka faktorer som kan förklara variationen.
Datasammanställningar från ett stort antal svenska LF användes för kalibrering av kolbalansmodeller (ICBM & RothC) med hjälp av en sannolikhetsfördelningsmetod för att testa hypoteser om koldynamik, och för att ta fram nya parametrar associerade med ett osäkerhetsmått. I kombination med data från andra europeiska LF kunde vi därmed bekräfta vår teori om att ovanjordiska växtrester bidrar mindre till mullbildning jämfört med rötter. Detta möjliggjorde också en uppdatering av ICBM som används inom den svenska LULUCF-sektorn. Experimenten med tepåsar som placerades i ett stort antal av svenska LF gav relevanta resultat för framtida modellutveckling. De ingår nu i en global karta över nedbrytningshastigheter.
I samarbete med Jordbruksverket utvecklades en ny version av Greppa Näringens kalkylprogram Odlingsperspektiv, där ICBM inkluderats för mullberäkningar. Odlingsperspektiv är ett lättanvänt verktyg som används inom rådgivningen för att informera jordbrukare om hur gårdens odlingssystem påverkar markens mullhalt på sikt.
Resultaten från detta projekt har både bidragit till processförståelsen om markkolsdynamik och gjorts tillgänglig för användning av jordbrukaren. Jordbruksverket och Regeringskansliet tar också hänsyn till den kunskap vi tagit fram i utredningar om växthusgasbalanser relaterade till den svenska livsmedelsstrategin. Den senaste versionen av ICBM används även inom livscykelanalyser i Sverige och internationellt. Vi fördjupade också vårt samarbete med Norge och Kanada som nu använder ICBM-modellen i sina rådgivningsverktyg och de har visat intresse av att använda den för sin klimatrapportering.