Aarhus Universitets segl

Opbygning og omsætning af kulstof i jorden

Hvis vi skal blive i stand til at afbøde klimaforandringerne er det ikke nok blot at udlede mindre CO2. Vi bliver også nødt til at blive klogere på, hvordan vi kan binde og lagre kulstof (C) i jorden. I forbindelse med afvanding og  dyrkning af landbrugsjord frigives kulstof, og dette er en af årsagerne til at landbruget står for en stor del af vores CO2-udledning i Danmark. Men hvad hvis nu vi kan finde frem til nye måder at dyrke jorden på - Dyrkningsmetoder som gør, at vi kan producere fødevarer samtidig med at vi binder kulstof i jorden?

I dette projekt vil du blive introduceret til viden om de mekanismer, der gør at kulstof enten lagres i eller frigrives fra jorden, og du vil komme til at anvende nogle af de metoder som forskerne bruger, når de måler på omsætningen af organisk materiale i jord.

Gymnasiefag

  • Biologi
  • Kemi
  • Man kan også forestille sig andre relevante fag, der kan komme i spil afhængigt af det spørgsmål som der skal undersøges såsom samfundsfag. Selve koblingen varetages af gymnasielæreren/eleven.

Tidsramme

Forløbets praktiske del afvikles over 2 hele dage (2 dage i træk)

Dag 1 kl. 8:30 til kl. 15:30:

Teori og baggrund, videnskabelig- og samfundsrelevans.

Introduktion til sikkert arbejde med radioaktive isotoper.

Håndtering af laboratorie udstyr.

Opsætning og igangsætning af inkubationsforsøg.

Dag 2 kl. 8:30 til senest kl. 15:30:

Udtagning samt analyse af prøver.

Resultats håndtering.

Deltagerantal

To grupper af max 3 elever 

Beskrivelse af forløbet

Baggrund:

Nøglen til en stabilisering af kulstof (C) i jorden er linket mellem det organiske udgangsmateriale (plante og rod rester, planteudledninger, ect) og jordens mikro- og makroorganismer. C stabiliseres i jorden ved enten at blive indbygget som celle materiale i jordens mikroorganismer (necromass) eller ved at forblive utilgængeligt for mikroorganismer og derfor uforandret fra udgangsmaterialet. Alt dette kaldes tilsammen jordens organiske materiale (SOM). SOM har mange funktioner, det har stabiliserende effekter for jordens aggregater, der dermed sikrer at ilt og vand kan passere gennem jordlagene, det fungerer som spisekammer for både planter og jordens organismer og det er den mest effektive måde at lagre C i dyrkningsjorden.

Omsætningen af SOM er derfor yderst interessant, både i en videnskabelig og i en samfundsmæssig sammenhæng. I dette forsøg skal i måle omsætningen af opløst organisk materiale i jord.

Plantemateriale består af mange forskellige komponenter, vi har udvalgt nogle af dem (glukose, aminosyre, etc.) og isotopmærket dem (14-C). Isotopen 14-C, er radioaktiv og kan derfor måles på en Scintillationstæller. Den mikrobielle omsætning af 14-C isotopmærket organisk materiale frigiver 14CO2, efter frigivelsen genfanges 14CO2 i en base fælde, hvorefter aktiviteten måles på Scintillationstælleren.

Forsøget:

Forsøget simulerer hvad der sker når opløste organiske forbindelser bliver tilgængelig i jorden, enten gennem udledning fra rødder, ved nedbrydning af plantemateriale eller omsætning af mikroorganismer. I alle tilfælde bliver let omsætteligt organisk materiale tilgængeligt, hvilket danner ”hot-spots”. Betegnelsen ”hot-spots” beskriver den pludselige øgede aktivitet af mikroorganismer, så som bakterier, der forekommer når let omsættelig organisk materiale bliver tilgængeligt. Hvor effektivt bakterierne er til at nedbryde det organiske materiale afhænger af mange forskellige faktorer: temperatur, fugtighed, iltindhold, jordstruktur, jordens sammensætning etc. Vi kan kontrollere disse faktorer i laboratoriet på nær jordens sammensætning, denne er afhængig af hvordan landbrugsjorden er forvaltet, altså hvilke dyrkningsmetoder der anvendes på den pågældende landbrugsjord.

Jorden til forsøget udtages lige under toplaget (i 10-30 cm dybde). Mængden af jord der anvendes i forsøget er ca. 10 – 20 g pr prøve. Forløbet indeholder følgende trin:

  1. Introduktion til, og præsentation af, forsøget med gennemgang af hvordan analyseudstyret virker. Hvad er isotoper og hvordan bruges de i videnskabeligt arbejde.
  2. Klargøring af jordprøver, inkubationskamrene, basefælde og vandfælde.
  3. Igangsættelse af inkubationen. Hver gruppe har ansvaret for en del af prøverne, alle resultaterne deles efterfølgende. Antallet af prøver bliver justeret efter antallet af deltagende elever.
  4. Teoretisk gennemgang. Hvordan forstås datasættet: opsætning af excelark til beregninger.

Prøveudtagelse samt analyse. Resultaterne eftersendes dagen efter da analysen af prøverne tager ca. 10 – 15 minutter per prøve, den samlede analysetid bliver derfor 8 – 12 timer.

Forslag til faglige perspektiver

  • Dyrkningsmetodens sammenhæng med jordens udledningen af CO2
  • Planters betydning for jordens evne til at øge kulstofindhold 
  • Isotopers anvendelse i videnskabeligt arbejde
  • Bæredygtig og miljøvenlig landbrugsproduktion

Ansøgning

Sted

Institut for Agroøkologi

AU Foulum, Blichers Allé 20, 8830 Tjele

Tidspunkt hvor forløbet udbydes

Vinter 2022/2023

Rollefordeling

Undervisningen er gratis for eleverne og gymnasiet. Universitet afholder alle udgifter til materialer, apparatur og undervisning.

Gymnasieeleven står selv for at arrangere transport, forplejning og evt. overnatning. Mad kan købes til rimelige priser i universitetets kantine.

Universitetsmedarbejdere står for undervisning og støtte i forhold til det udbudte forløb. I et begrænset omfang, kan der blive mulighed for, at tale om aspekter af elevernes problemformuleringer, men kun på besøgsdagen.

Det er gymnasielærerens ansvar at sikre sammenhængen mellem det eksperimentelle forløb og problemformuleringen.

Det er vigtigt, at eleven møder forberedt på dagen hvor forløbet afvikles. Se info herom under beskrivelsen af de enkelte forløb.

Kontaktperson

Lea Kjærgaard Eriksen

Tlf.: 30568147

Email: lke@agro.au.dk