Övning: Näringsväv i jordbruksmark

Materialet i denna övning är tagen ifrån projektet ‘Åkermarkens ekologi’ - ett mycket omfattande fältexperiment i norra Uppland där fyra odlingssystem jämfördes under en 5-års period. Organismerna har aggregerats i ett antal trofiska grupper.

Du arbetar smidigast med denna övning i Excel. Men det går också bra att följa texten nedan och använda miniräknare.

Skriv ut figuren nedan, beräkna kolflöden i odlingssystemt B0, dvs. ogödslad korn monokultur (g C m-2 år-1). Alla uppgifter som du behöver för att fylla i kolflöden i figuren finns i de medföljande två tabellerna. Näringsvävet nedan är mycket förenklat. Alla pilar (blåa och oranga) och 'molnen' skall få ett siffervärde.

 

Uppgifter del 1

  1. Beräkna alla flöden i figuren nedan. Hur stor är nettoprimärproduktionen (dvs. bruttoprimärproduktion minus autotrof respiration). K=R+P+E.
  2. Ökar eller minskar markens kolförråd (du skall beräkna skillnaden mellan in- och utflöden)?
  3. Är hela systemet (växt och marken) en källa eller sänka för atmosfärisk koldioxid?
  4. Antag att kolet i exporten (halm och kärnor) konsumeras av boskap med följande effektivitetstalen: R/K=0.4; E/K=0.5; P/K=0.1. Mängden stallgödsel som motsvarar den konsumerade mängden halm och kärnor i vårt exempel tillförs marken och omsätts där av markorganismerna med R/K=0.7; E/K=0.3; P/K försummas här. Hur påverkas systemets kolbalans?

Infomation som behövs för att beräkna kolflöden (g C m-2 år-1) i figuren ovan.

Bruttoprimärproduktion

510

Växternas Respiration

248

Genom stubb och rötter till marken tillförd dött material

142

Export av kärnor och halm

beräkna

 

Markorgansimernas konsumtion (K) och effektivitet

Heterotrofa organsimer är beroende av organisk material till sin energiförsörjning. En del av C i ’maten’ används till respiration (R), en del används till tillväxt och reproduktion (produktion; P) och en del utsöndras som osmältbara rester (E). Förhållandet mellan R, P och E skiljer sig mellan arterna.

Beräkna med hjälp av följande effektivetstalen mängden C som konsumerades av en viss trofisk grupp av organismer, samt mängden kol som används till respiration (R), för tillväxt och reporduktion (P) och osmältbara rester (E). Fyll i värden i figuren nedan (varje ‘moln’ och varje pil – blåa och oranga - skall förses med en siffra). Vi antar att alla organismer befinner sig i dynamisk jämvikt, dvs. deras biomassa förändras ej mellan åren. Detta innebär att hela produktionen konsumeras av nästa trofiska nivå.

 

Konsumtion

g C m-2 år-1

R/K

E/K

P/K

Ovanjordiska herbivorer (växtätare)

1

0.3

0.6

0.1

Underjordiska herbivorer

4

0.2

0.7

0.1

Detritusätande markdjur

18

0.1

0.8

0.1

Nedbrytande svampar

105

0.6

0.3

0.1

Nedbrytande bakterier

140

0.6

0.2

0.2

Svampätare

 

0.2

0.7

0.1

Bakterieätare

 

0.2

0.7

0.1

Rovdjur

 

0.8

0.2

*

*rovdjur äts upp av andra rovdjur. Hänsyn till detta har tagits i beräkningen av R och E.

Markorgansimernas konsumtion (K) och effektivitet

Beräkna med hjälp av följande effektivetstalen mängden C som konsumerades av en viss trofisk grupp av organismer, samt mängden kol som används till respiration (R), för tillväxt och reporduktion (P) och osmältbara rester (E). Fyll i värden i figuren nedan (varje ‘moln’ och varje pil – heldragna och streckade - skall förses med en siffra). Vi antar att alla organismer befinner sig i dynamisk jämvikt, dvs. deras biomassa förändras ej mellan åren. Detta innebär att hela produktionen konsumeras av nästa trofiska nivå.

 

 

Konsumtion, K

g C m-2 år-1

R/K

E/K

P/K

Ovanjordiska herbivorer (växtätare)

1

0.3

0.6

0.1

Underjordiska herbivorer

4

0.2

0.7

0.1

Detritusätande markdjur

18

0.1

0.8

0.1

Nedbrytarsvampar

105

0.6

0.3

0.1

Nedbrytarbakterier

140

0.6

0.2

0.2

Svampätare

beräkna

0.2

0.7

0.1

Bakterieätare

beräkna

0.2

0.7

0.1

Rovdjur

beräkna

0.8

0.2

0*

*rovdjur äts upp av andra rovdjur. Hänsyn till detta har tagits i beräkningen av R och E.

Det finns få projekt där man kunde genomföra en så detaljerad inventering och analys av markorganismernas ekologi. Näringsväven som du studerade ovan visar huvudvägen för energiflöden genom systemet. Det ger dock en statisk bild av det som händer i marken – en bild utan minne. Markens döda organiska material som konsumeras har bara delvis bildats av tillförsel under samma år – en del kommer ifrån tidigare års tillförsel. När vi intresserar oss för tidsaspekten av kolbalanser så behövs det en dynamisk modellansats som har ett minne för tidigare tillstånd.

När man vill studera kolbalanser och hur dessa påverkas av olika odlingssystem i ett längre perspektiv är det i de flesta fall tillräckligt att studera systemet med hjälp av en mycket grövre ansats, där alla organismer klumpas ihop. I det följande presenterar jag en sådan ansats som har används för att beräkna kolbalanser i svensk jordbruksmark.

Organiskt material som tillförs marken (växtrester, rötter och deras utsöndringar etc.) bryts ner, men inte fullständigt. En viss andel av deras kol, eller snarare de kolföreningar som bildas under nedbrytningsprocessen, stabiliseras, dvs. det bildas mycket svårnedbrytbara kolföreningar, vilka ofta betecknas som humus eller mull. Så småningom nås en jämvikt mellan tillförsel och nedbrytning vid en viss kolhalt som beror på platsens förutsättningar (främst klimat, markens textur, mineralogi och hydrologiska förhållanden).

Det används många olika modeller för att beräkna vid vilken kolhalt en sådant jämvikt (steady state) kommer att inställa sig. Det som skiljer dessa modeller åt är främst deras dynamiska förlopp, dvs. hur fort en ny jämvikt nås när förutsättningarna förändras (t.ex. markanvändning, gödsling, dränering, klimat). Dessa kolmodeller är relevanta t.ex. för att förutsäga förändringar i markens bördighet, där markens kolhalt utgör en viktig variabel (fundera varför!), och för att svara på frågan om marken är en källa eller sänka för atmosfärisk koldioxid.

En enkel kolmodell som testats under svenska förhållanden är följande:

dY/dt = i - ky re Y

dO/dt = h ky re Y – kO re O

Integrering av dessa differentialequationer ger (Behöver du hjälp med integreringen?):

där

i = C input per år (skörderester, rötter, stallgödsel etc.)

Y0 = Initialmängden lättomsättbart C

O0 = Initialmängden svåromsättbart C

ky och ko = Första ordningens nedbrytningskonstanter (år-1)

h = humifieringskoefficient, dvs. fraktionen som stabiliseras

re = faktor rörande nedbrytningsmiljön (t.ex. fukt, temperatur)

I näringsväven (uppgift 1) beräknade du mängden kol som tillfördes fältet under ett år i ’ogödslad korn’: Det var 1,47 ton C som togs om hand av markorganismerna. Du beräknade också att markens kolförråd minskade med 0.155 ton C per hektar och år. Nu vill vi veta hur markens kolförråd ändras om vi fortsätter att odla på samma sätt, dvs. kolinflödet till marken är lika som den är idag.

 

Uppgifter del 2

Beräkna den totala kolmängden i matjorden efter att man har odlat samma gröda mycket lång tid, dvs. när inflöde och utflöde av kol är i jämvikt, steady-state (SS). (Kolmängden förändras inte längre, dvs. derivatan är lika med noll).

Siffrorna (mängder i ton C ha-1) är realistiska och är tagna från ett mycket omfattande fältexperiment i norra Uppland (Åkermarkens ekologi).

Behandling

i

re

h

ky

ko

Y0

O0

SS

Ogödslat korn

1.47

1.0

0.13

0.8

0.007

1.86

50.9

.........

Gödslat korn

1.82

0.9

0.13

0.8

0.007

1.86

50.9

.........

Gräsvall

3.52

0.8

0.11

0.8

0.007

1.86

50.9

.........

Lucernvall

4.06

0.8

0.09

0.8

0.007

1.86

50.9

.........

Fundera och räkna:

  1. Varför är inte re och h lika i alla fyra odlingssystem?
  2. Du beräknade i näringsväven att markens kolförråd minskade med 0.155 ton C per år. Är den årliga minskningen lika stor, större eller mindre efter 30 år?
  3. Vilka grödor bygger upp markens C och vilka tär på markens C-förråd?
  4. I detta exempel fördes halmen bort när korn odlades. Bara stubb och rötter (inklusive lösliga kolföreningar som utsöndras av rötterna) tillfördes marken. En realistik halmskörd i ett ogödslat odlingsled av korn är ca. 1 ton C ha-1 och i gödslat kornled 1.8 ton C. Hur skulle markens kolmängd vid steady-state för kornleden förändras om man skulle plöja ner all halm, dvs. i skulle öka med motsvarande C-mängd?
  5. Om man, istället för att plöja ner halmen, skulle tillföra stallgödsel till det ogödslade kornledet - hur skulle steady-state mark C för denna behandling se ut?

  6. Antagande för stallgödsel: i= 0.8 ton C ha-1 år-1 (motsvara en realistiskt stallgödselgiva), ky och re har samma värde som ovan, men h = 0.35. Beakta: h måste vägas för andelen av stallgödsel resp. rötter/halm, dvs. i vårt exempel: h = (1.47*0.13 + 0.8*0.35)/2.27 = 0.21.

  7. Hur förändras kolbalansen i ett framtida klimatscenario där temperaturen kommer att vara högre än idag? (Hur påverkas re = faktor rörande nedbrytningsmiljön (t.ex. fukt, temperatur?)

     

Lär dig mera om modeller eller kolbalansmodellen som du använde nyss

Tillbaka


Copyright © 1999
-2002 [Växten & Marken]. All rights reserved.
Information in this document is subject to change without notice.
Other products and companies referred to herein are trademarks or registered trademarks of their respective companies or mark holders.