Flerårige afgrøder kan forvandle sandjord
Sandjord har længe været landbrugets svage punkt: tør, næringsfattig og kun lidt organisk materiale. Men et årtis danske markforsøg viser, at udskiftning af enårige afgrøder med flerårige afgrøder med dybe rødder kan forandre selv de mest skrøbelige jorde. Resultaterne afslører et skjult mikroliv, som både frigiver næringsstoffer til planterne og binder kulstof i jorden. Det er et vigtigt bidrag til at begrænse klimaforandringerne.
I generationer har landmænd kæmpet med sandjord. Den tørrer ud i tørke, udvasker næringsstoffer, når det regner, og indeholder kun lidt organisk materiale. For både landmænd og klimaforskere har sandjorde derfor været det svage led i europæisk landbrug.
Men under overfladen sker der noget bemærkelsesværdigt. Efter ti års kontinuerlige forsøg har forskere vist, at én enkelt ændring: at erstatte de årlige afgrøder med den flerårige græsart strand-svingel (tall fescue), kan ændrer jordens mikroskopiske liv markant.
”Vi blev overraskede over, hvor meget jordens biologi ændrede sig,” fortæller Mingming Zong, postdoc ved Aarhus Universitet og hovedforfatter på studiet. ”Mikroorganismerne blev langt mere effektive til at frigive næringsstoffer, samtidig med at jorden fastholdt mere stabilt kulstof.”
Mikroorganismernes sakse
I det øverste jordlag, fra 0 til 20 centimeter, øgede strandsvingel aktiviteten af enzymer, der frigiver kvælstof og fosfor. Disse enzymer fungerer som biologiske sakse, der klipper komplekst organisk materiale i mindre stykker, så planterne kan optage næringsstofferne.
Da afgrøden høstes tre gange om året til brug i bioraffinaderier, fjernes store mængder næringsstoffer fra marken. For at kompensere tilpassede mikroorganismerne sig ved at producere flere enzymer, som kan frigøre næringsstoffer direkte fra jordens organiske materiale.
Samtidig faldt aktiviteten af en anden enzymgruppe, de såkaldte oxidative enzymer, som normalt nedbryder de mere modstandsdygtige stoffer som lignin. Det skabte en ny balance, hvor planterne fik lettere adgang til næringsstoffer, mens de mest holdbare former for kulstof blev bevaret i jorden.
Faktaboks: Hvad er lignin? Fordi det nedbrydes så langsomt, spiller lignin en vigtig rolle i lagring af kulstof i jorden. Planterester med højt ligninindhold betyder, at kulstoffet bliver i jorden i længere tid. Derfor holder forskerne nøje øje med de enzymer, der kan nedbryde lignin. For når deres aktivitet falder, forbliver mere kulstof i jorden. |
”Det er en dobbelt gevinst,” forklarer Mingming Zong. ”Systemet forsyner sig selv med næringsstoffer og bremser samtidig nedbrydningen af det mest modstandsdygtige organiske materiale. Det hjælper med at bevare kulstof i jorden.”
Dybe rødder skaber dybe forandringer
Forandringen stopper ikke ved overfladen. I de dybere jordlag, 20–50 centimeter nede, fandt forskerne mere mikrobielt biomassekulstof. Det er et tydeligt tegn på, at planternes dybe rodsystem nærer livet under jorden.
Analyser viste også en tendens til større mængder af mineralbundet organisk kulstof, altså den type kulstof, der binder sig fast til jordpartikler og kan forblive stabil i årtier eller endda århundreder.
”De flerårige rodsystemer stabiliserer ikke kun jorden mekanisk,” siger Mingming Zong. ”De stimulerer også livet i underjorden og opbygger langsigtede kulstoflagre. Det er en af de bedste forsikringer, vi har mod tab af kulstof i et foranderligt klima.”
Ændret kulstofkemi
Ved hjælp af avanceret infrarød spektroskopi kunne forskerne dokumentere tydelige ændringer i de kemiske former for organisk kulstof under strandsvingel. I det øverste jordlag blev kulstoffet mere stabilt, mens de dybe rødder tilførte energi til de kulstofpuljer, der lagres længere nede.
Samlet set peger resultaterne på et mønster: Flerårige rodsystemer forbedrer både næringsstofkredsløbet og jordens evne til at lagre kulstof.
Fra svagt led til klimaallieret
I årtier er sandjorde blevet betragtet som marginale med lav frugtbarhed, høj sårbarhed og ringe bidrag til klimamålene. Men den nye forskning vender billedet. Selv under et intensivt høstpres til grøn energiproduktion formåede strandsvingel at opretholde produktiviteten og samtidig forbedre jordens sundhed.
”Landbruget er under stort pres for at levere både mad, foder og energi og samtidig håndtere klimaforandringerne,” siger Mingming Zong. ”Vores resultater viser, at flerårige afgrøder kan være en del af løsningen især på sandjord, hvor udfordringerne er størst.”
Mere information
Samarbejdspartnere: Department of Agroecology, Aarhus University and Thünen Institute of Climate-Smart Agriculture.
Finansiering:This work was funded by the Aarhus University Research Foundation (AUFF-E-2019–7-1), and GrassTools (Innovation Fund Denmark, NO. 0224-00091B). MZ was funded by the China Scholarship Council (CSC NO. 202107030005) for studying at Aarhus University. LE and ZL were financially supported by the EJPSoil project CarboSeq, which has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No. 862695). DA was supported by the Danish Council for Independent Research (DFF-1 Grant No. 9041–00324B, and DFF-Sapere Aude Grant No. 1051–00060B).
Interessekonflikt: Ingen
Læs mere: Publikationen: "Ten-year effects of perennial cropping systems on soil organic carbon stock and stability in sandy soils: Mechanisms and biochemical drivers" er udgivet i tidsskriftet European Journal of Agronomy. Den er skrevet af Mingming Zong, Diego Abalos, Ji CHen, Zhi Liang, Yue Li, Lars Elsgaard, Christopher Poeplau, Marcus Schiedung og Uffe Jørgensen.
Kontakt: Mingmin Zong, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet. Mail: mingming.zong@agro.au.dk