1 AARHUS Hvad sker der med jordens kulstof og hvad kan vi gøre? Professor Jørgen E. Olesen
Problemstillinger Ændringer i jordens kulstof påvirker klimabelastning (positivt eller negativt) Jordens kulstof påvirker jordens funktion og produktivitet Disse problemstillinger indgår ikke tilstrækkeligt i bedriftsmæssig praksis, politikker eller incitamenter for landbruget Jordens C indhold Jordens C tabspotentiale
Væsentlige aspekter Videnskabelig forståelse for hvilken rolle jordens organiske stof har for landbrugssystemets function Kvantificering af effektivitet af tiltag til at håndtere jordens kulstof Landmændenes forstålese af organisk stof i jord Politikernes forståelse af kulstof i jord Barrierer for forbedret af håndtering af organisk stof Incentamenter til at forbedre organisk stof i jord (politikker) Total kulstof (t/ha) [UNEP-WCMC updated Global Carbon Map]
Kulstof og jordens fuktioner Other ecosystem services Crop growth Crop yield Soil Functions Health Nutrients Water Soil Properties Biological Chemical Physical Management Carbon flows Soil type Carbon stocks Carbon storage SmartSOIL
Hvad gør jordens kulstof for os? Kina: Gns. udbytter mod organisk stof i jord for kinesiske provinser, 1949-1998 Kina: Variation i kornudbytter mod organisk stof i jord Men hvad er årsager og hvad er effekter? Pan et al. (2009) AEE 129:344-348
Udbytte ved max N niveau i danske gødningsforsøg Vinterhvede Vårbyg Oelofse al. (2015)
Udbytter i vårbyg i forhold til N-input Johnston et al. (2009)
Effekt af organisk stof på udbytte Hijbeek et al. (2017)
Grain yield (t DM 8 6 AARHUS 4 SmartSOIL stock and flow experiment (Askov) 2 High stock, high flow Straw Grain yield (t DM ha -1-1 ) 0 10 14 12 8 10 68 6 4 4 2 Low stock, low flow Low stock, high flow High stock, low flow High stock, high flow Straw Grain High stock (højt lager) Low stock (lavt lager) w yield (t DM ha -1 ) 0 10 8 4 0 50 100 150 200 250 Straw N supplied (kg N ha -1 ) Højt kulstoflager øgede udbytter af hvede, både ved lav og høj N-forsyning Tilførsel 6 af halm (høj kulstofstrøm) reducerede udbyttet (muligvis N immobilisering) SmartSOIL
Hvordan påvirker kulstof udbyttet? Udbytte Højere productivitet (hovedsageligt C lager) Reducet behov for input (C lager og strømme) Input intensitet (N-gødskning, pesticider, jordbearbejdning) SmartSOIL
Kulstof i jord i omdrift
Kulstofbalance på jord i omdrift
Monitering af kulstof i jord i Danmark
Ændring af jordkulstof på grundlag af Kvadratnettet
Udbytteeffekt af lavt kulstof (SmartSOIL modellen)
Procentdel af arealet med kritisk lavt kulstofindhold i forhold til jordstruktur Baseret på Dexter index: ler / kulstof
Lagre kulstof Forhidre tab af eksisterende kulstof Stoppe afvanding af vådområder (organisk jord) Stoppe afskovning og opdyrkning af permanent græs Øge kulstoflager Skovrejsning Græs (og management af græs) Øget input af planterester, husdyrgødning og kompost Enhancing soil carbon also stores N, P and S C:N:P:S forholdet er næsten konstant (11:1:0.21:0.16) in soil organic matter
C nedbrydningsrater for top og root Kulstof har kort og lang tilbageholdelse i jorden Incubation study. Four types of green manure for top and root. Net C mineralized in 100 incubation days at 15 C, as related to C:N ratio, fibres, and Lignin in the incubated plant material. (Li et al., in prep.). Root-derived C is more resistant to decay than than shoot-derived soil C (Rasse et al. 2005)
N nedbrydningsrater for top og root N frigivelse afhænger af N-koncentration i plantemassen Net N mineralized ( % of N applied) 40 30 20 10 0 5 10 15 20 40 30 C:N Top Root Top & root Top Root Top Root 0 50 100 150 200 Lignin (mg g -1 DM) Incubation study. Four types of green manure for top and root. Net C mineralized in 100 incubation days at 15 C, as related to C:N ratio, fibres, and Lignin in the incubated plant material. (Li et al., in prep.). 20 10 0 100 150 200 250 0 100 200 300 400 Celllulose (mg g -1 DM) Hemicellulose (mg g -1 DM)
Hvordan kan jordens kulstofindhold øges?
Kulstoflagring: Resultater af markforsøg
Kulstoflagring: Resultater af markforsøg
Kulstoflagring: Resultater af Kvadratnettet
Kornafgrøder under økologisk dyrkning har mere rodbiomasse end konventionel dyrkning Produktionssystem Art Rod tørstof g m -2 Kornafgrøder Økologisk Hvede 243 ± 41 Byg 193 ± 40 Korn 218 ± 47 Konventionel Hvede 147 ± 24 Byg 129 ± 19 Korn 143 ± 24 Efterafgrøder og ukrudt Efterafgrøder 119 ± 45 Ukrudt 35 ± 36 - men mindre i halm og stub
Estimerede årlige kulstofinput i sædskifteforsøg med planteavl (Foulum) Øko: med kløvergræs Øko: salgsafgrøder Konv: salgsafgrøder
Jordbearbejdning påvirker kun i ringe omfang jordens samlede kulstoflager Review: 69 paired tillage experiments. Mean difference of carbon contents of soils under conventional tillage and no-tillage. (Luo et al. 2010) Ændring fra pløjning til direkte såning øgede ikke det samlede kulstoflager men øgede den andel der ligger tæt på jordoverfladen.
Biogas mindsker kun kulstoflagringen minimalt
Kvælstofoverskud og kulstoflagring 28
Kilder til afgrøders forsyning med kvælstof Langt sigt: Jordens organiske stof (total-n i organisk stof) Mellemlangt sigt Tilført organisk N over sædskiftet (foregående 5-10 år) Kort sigt Kløvergræs og andre grøngødninger Efterafgrøder (med og uden bælgplanter) Mineralsk N (ammonium) i husdyrgødning og kompost
Effekt af kvælstofkilder og ukrudt på N-udbytte i vårsæd Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 0.38% 20% 37% 45% -1.06
Udbytte i vårsæd (hkg/ha) Jord: Planteavl Sædskifte: Korn Efterafgrøde: Ingen Gødning: Svinegylle Ukrudt: Moderat Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 4000 20 0 70 5 12.5 3.1 0.0 18.2-4.4 29.4 hkg/ha
Udbytte i vårsæd (hkg/ha) Jord: Planteavl Sædskifte: Korn Efterafgrøde: Ingen Gødning: Kvæggylle Ukrudt: Moderat Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 4000 40 0 70 5 12.5 6.3 0.0 13.0-4.4 27.4 hkg/ha
Udbytte i vårsæd (hkg/ha) Jord: Planteavl Sædskifte: Græs/korn Efterafgrøde: Ingen Gødning: Svinegylle Ukrudt: Moderat Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 4000 100 0 70 5 12.5 15.6 0.0 18.2-4.4 42.0 hkg/ha
Udbytte i vårsæd (hkg/ha) Jord: Planteavl Sædskifte: Korn Efterafgrøde: Kraftig Gødning: Svinegylle Ukrudt: Moderat Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 4000 50 50 70 5 12.5 7.8 15.2 18.2-4.4 49.3 hkg/ha
Udbytte i vårsæd (hkg/ha) Jord: Kvæg (græs) Sædskifte: Korn Efterafgrøde: Kraftig Gødning: Kvæggylle Ukrudt: Moderat Sædskifte Jord Efterafgrøde Gødning Ukrudt 8000 70 50 70 5 25.0 11.0 15.2 13.0-4.4 59.8 hkg/ha
SmartSOIL Tool og Toolbox (SmartSOIL.eu) SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (1) Jordens organiske stof vedligeholdes ved tilstrækkeligt input af organisk stof i rødder, planterester, husdyrgødning og kompost til at balancere tab fra nedbrydning af jordens organiske stof. SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (2) Jordens organiske stof bidrager til at vedligeholde landbrugets produktivitet ved at øge vandholdende evne og næringsstofforsyning. Desuden bidrager organisk stof til at forbedre jordstruktur og bearbejdningsevne på jord med højt lerindhold SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (3) Jordens organiske stof bidrager til at vedligeholde jordens biodiversitet som også påvirker sygdomme og skadedyr (positivt og negativt), hvilket kræver management tilpasset locale forhold. SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (4) Effektiv management af jordens organiske stof kræver en langsigtet indsats, og den forpligtende indsats er mere effektiv hvis den indgår i den langsigtede strategi på bedriften. SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (5) Effektiv organisk stof management afhænger af nuværende kulstof I jord. På jord med acceptabel eller god jordkulstof: Tiltag bør fokusere på at vedligeholde jordens organiske kulstof, fx gennem sædskifte, efterafgrøder og tilbageholdelse af planterester. På jord med lav jordkulstof: Effektive tiltag skal både sikre det eksisterende kulstof og øge input, fx. gennem sædskifter, husdyrgødning/compost, efterafgrøder og planterester. Disse tiltag kan kombineres med reduceret jordbearbejdning til at øge jordens kulstof og forbedre jordstruktur i overfladenære lag. SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (6) Management of jordens organiske stof involverer også management af kvælstof, fosfor og svovl. Hvis jordens kulstofniveau skal øges, kræves tilstrækkelige input af kvælstof, fosfor og svovl. SmartSOIL
SmartSOIL 7 principper for C management (7) De fulde fordele af øget organisk stof i jorden på udbytter opnås kun hvis tiltagene times, så de sikrer afgrødernes forsyning med vand og næringsstoffer (især kvælstof) og tilpasses bekæmpelse af ukrudt, sygdomme og skadedyr. Dette kræver tilpasning til locale jord- og klimaforhold samt til (regionale) specifikke landbrugssystemer. SmartSOIL
Betragtninger om udbytteeffekter af kulstof Kvælstof følger kulstof Udbytter påvirkes betydeligt af N-strømme C/N forholdet i afgrøderester påvirker N-strømme Afgrødens vandforsyning spiller en stor rolle under tørre klimaforhold Vandforsyning påvirkes af vandhøst, retention I jorden og af beskyttelse mod fordampning (C lager og strømme) Jordens C lager påvirker jordstruktur og afgrødeetablering Jordens C strømme påvirker biologien i jorden og dermed plantesundhed
The SmartSOIL Tool and Toolbox http://smartsoil.eu/
The Toolbox - Factsheets
The Toolbox Real Life Case Studies Case studies: Hungary, Denmark, Poland, Scotland, Italy and Spain
The Toolbox Soil risk maps
The Toolbox Farmer videos
SmartSOIL partnere www.smartsoil.eu