Karbonlagring i jord er avhengig av både planter og jordliv

Det er ikke så enkelt å lagre karbon i jord. Både i kjøkkenhagen og i bondens åker er karbonholdige molekyler ettertraktede energikilder og byggeråstoff for organismene i jorda. Karbon tilfører vi gjennom husdyrgjødsel, kompost, jorddekke og via røttene til levende planter.

Bare en liten del av karbonet vi tilfører jorda, det som skjermes for omdanning i såkalt stabil humus, vil være igjen i jorda etter noen år. Et viktig resultat av biologisk aktivitet i jorda, både plantevekst og all annen aktivitet, er dannelse av slike humusmolekyler. 

Det er fra naturens side ingen automatikk i å lagre store mengder karbon i jord hvor det samtidig produseres og høstes store avlinger.

Karboninnholdet i jord bestemmes av likevekten mellom det som tilføres og det som brukes i jorda. I Norge er det 5-10 prosent karboninnhold i jord under gras/kløver eng og 5 prosent eller mindre i mye jord der det dyrkes korn og grønnsaker. Det er utfordrende å øke dette nivået med bare 0,5 prosentpoeng, eksempelvis fra 3-3,5 prosent, hovedsakelig fordi mye karbon tas ut i form av produkter som korn, gras og grønnsaker.

Videre vil karbonholdige stoffer som blir igjen i jorda brukes som energi og byggeråstoff av mikrobiologiske og andre livsprosesser i jorda. Det er rift om karbonet, alle vil ha det og få vil lagre det. 

Karbonet i stadig bevegelse

Plantene binder karbon fra lufta via fotosyntesen. Solenergi, karbondioksid (CO₂) og vann blir til sukker og annet karbonholdig materiale. De fleste organismene i jorda må ha karbonholdig materiale for å leve, de lager det ikke selv. Dette karbonet tilføres jorda gjennom planterester på jordoverflaten, og rotmateriale. Rotmateriale omfatter både selve røttene, og det plantene skiller ut i rotsonen mens de vokser.

Jordlivet bruker energien i organisk materiale og gjør samtidig næringsstoffer fra samme materialet og fra jordpartiklene mer tilgjengelige for planterøttene. Når mikroorganismer og små jorddyr vokser, vil noe karbon bli mer stabilt i kroppene, mens en del vil bli brukt opp og slippes ut av jorda som karbondioksid. Karbon bygges inn i stabile ligninmolekyler som danner celleveggene i stilker og blad hos planter, i kitinmolekyler som er viktige i skallet til insekter og jordmidd og i glomalin i sopphyfer. Karbonlagringen i jord blir dermed mye mer dynamisk enn mange tror.

Det er ikke bare å legge organisk karbon i jorda og så blir den værende der. 

Humus med 50 prosent karbon

Et viktig resultat av biologisk aktivitet i jorda, både plantevekst og all annen aktivitet, er dannelse av humusmolekyler. De inneholder rundt 50 prosent karbon, og er et viktig og relativt stabilt lagringssted for karbon. På norsk er mold og humus gjerne samme begrep. Humusmolekyler inneholder flere forskjellig stoffer, men har en sentral del som består av både karbon, hydrogen, oksygen, nitrogen og svovel.

Humusmolekylene er som snøkrystaller, de har komplekse strukturer og ingen er helt like, men alle er humusmolekyler. Til forskjell fra snøkrystaller, er en del humus svært stabil i jorda i mange tiår, men resten av karbonet og de andre stoffene i humusmolekylene brukes av jordlivet og plantene, og nytt karbon og noen andre stoffer må jevnlig tilføres, helst hvert år. 

Humusdannelse

For at det skal dannes nye humusmolekyler, må byggesteinene og organismene som trengs være tilstede. Organisk materiale av de aller fleste typer gir råstoff til humusproduksjon. Husdyrgjødsel, kompost, planterester og levende planter kan jordlivet bruke til å lage byggeråstoff til humus. Humus kan sees på som næringslagre for jordlivet og planterøttene, den stabile humusdelen er selve skapet, mens næringshumusen er matvarene inne i skapet.

Det kan både bygges på skapet (stabil humus) og bruke og tilføres matvarer inne i skapet (næringshumus). Hvor lenge karbonet blir i jorda vil avhenge av hvor i dette systemet det blir lagret. 

To typer humus

Det er forsket og diskuteres mye omkring humus, med enighet bare om at humus kan dannes på flere måter. Flere prosesser bidrar til humusdannelse. Nedbryting av organisk materiale er en måte, mikrobiell oppbygging av humusmolekyldeler en annen, samt at ulike kjemisk og enzymstyrte prosesser i jorda binder ulike tilgjengelige molekyldeler sammen til nye eller større humusmolekyler. Karbonholdige molekyler som kan bli til nye humusmolekyler er eksempelvis ligninmolkyler i stilker hos planter, kitinmolekyler i skallet til insekter og jordmidd, i tillegg til glomalin- og kitinmolekyler i sopphyfer.

Også mer vanlige stoffer som jordlivet lager, som aminosyrer, ulike karbohydrater og DNA kan inngå i humusmolekyler. Dersom jordlivet klarer å få løs næring fra humusmolekylet, kalles det gjerne næringshumus, mens dersom ikke det er tilfelle, vil det inngå i jordas stabile humusandel. Mye tyder på at det er en glidende overgang mellom næringshumus og stabil humus. Karbon finnes både som næringshumus og stabile humus i samme molekyler i jorda.   

Karboninnhold i dyrket jord

Humusdannelse skjer i nesten alle typer jord, men bare en liten andel, kanskje under én prosent, bli igjen som stabil målbar karbonøkning i selve jorda etter et år, det som vi kan måle som økt innhold av karbon i selve jordpartiklene.

Studier av karboninnhold i norsk åkerjord, jord som det dyrkes noe nytt i hvert år, viser en svak nedgang i karboninnholdet over tid. I et langvarig forsøk på Ås økte karboninnholdet litt, målt over en 30 -års periode, i et vekstskifte med fire år eng, to år korn og bruk av husdyrgjødsel. Det var Ingen endring i karboninnholdet i samme system ved bruk av bare mineralgjøsdel og det var nedgang i alle vekstskifter med mer korn og få år med grasvekster. Liknende resultat har man sett nylig i langvarige feltforsøk på Apelsvoll, Toten, så vel som i mange andre land.

Liknende resultater i langvarige feltforsøk i Sveits, med 21 år mellom målingene, var karboninnholdet i jorda fra husdyrbaserte systemer stabilt eller avtok med opptil ni prosent, mens i systemet som ikke fikk noe form for gjødsel ble karboninnholdet redusert med 22 prosent, de som bare fikk kunstgjødsel hadde nedgang på rundt 15 prosent.

Disse studiene viser at bruk av husdyrgjødsel og eng er viktige faktorer for å hindre nedgang, og i noen systemer øke innholdet av karbon i dyrka jord i Norge. 

En del karbon som ikke tas med i disse målingene er det som er lagret i røtter, sopphyfer og jordliv generelt. Stor rotmasse under plantene hele året vil inneholde mer karbon i seg selv og vil få ny tilførsel via fotosyntesen. Rotsystemer til ulike planter, vil kunne gi jordlivet karbonholdig råstoff til humusmolekylbygging gjennom hele sesongen. Dette i motsetning til planter med kort levetid og jord uten levende planter store deler av året. Hvor stor eller liten mengden karbon som lagres i røtter og jordliv vet vi ikke. 

Er det å unngå tap av karbon egentlig et mer realistisk mål?

Det er altså ingen lett sak å lagre karbon i dyrket jord hvor det samtidig produseres og høstes avlinger. Levende planter og tilført organisk materiale er kilder til karbon inn i jorda. I tillegg trengs nok mengde og riktig type organisk råstoff til humusbygging, og ikke bare karbon, men eksempelvis også betydelige mengder nitrogen.

Et mangfold av sopp, bakterier og meitemark trengs for å bryte ned organisk materiale og til å vedlikeholde og danne nye humusmolekyler. Lagring av karbon bør sees på som en økosystemtjeneste som plante-jord-jordliv økosystemet utfører, den er dynamisk og ikke stabil.

Er karbon i matjordlaget i dyrket jord et så ettertraktet og viktig råstoff at det uansett vil sirkulere mellom luft og jord og ikke så lett lar seg lagre? Kanskje det å unngå tap av karbon fra norsk landbruksjord er et stort nok mål i seg selv? Vi håper noen vil motbevise dette og forklare hvordan stor økt karbonlagring i dyrket jord skjer i praksis uten negative effekter for plantevekst, jordliv eller miljø.