Stämmer modellen överens med verkligheten?

Nu har vi formulerat en modell av kolomsättningen i marken. Stämmer den då överens med verkligheten? Om vi vet värden av de ingående sju storheterna, dvs. fem parametrar (i, kY, kO, re, h) och variablernas initialtillstånd Y0 och O0, så kan vi räkna ut funktionsvärden Y(t) och O(t). Vi måste alltså mäta dessa storheter. Tyvärr går det inte att gå ut i naturen och mäta dess storheter direkt med ett instrument.

De båda tillstånd av kol Y och O som har vi har formulerad i modellen går dock inte att mäta direkt i naturen. Dessa tillstånd är bara konceptionella. I verkligheten befinner sig kolet i tusentals tillstånd (i olika kemiska föreningar). Ändå påstår vi att modellen speglar ganska väl vad som händer i naturen.

Låt oss först försöka bestämma Y och storheterna som bestämmer dess värde. Vi måste genomföra ett nedbrytningsexperiment för att skatta värden för h och kY.

Nästa steg blir att bestämma kolinflödet av förna (i). Mycket forskning har bedrivits under de senaste 20 åren för att skatta kolflöden i olika ekosystem. Vi koncentrerar oss här på ett jordbrukssystem där man odlar korn 6 år i rad.  Jordbrukssystem är ofta lite lättare att studera eftersom man odlar ofta annueller (ettåriga växter) och marken bearbetas (plöjning, harvning mm.) varvid skörderester flyttas in i marken. 

Nu har vi ett värde för i som vi kan stoppa in i modellen.

Vet vi något om initialmängden Y0? Om lantanvändningen har varit densamma under några före innan experimentet påbörjades är det rimligt att anta att Y befinner sig i steady-state. Därför kan vi skriva:

För odlingssystemet ogödslad korn gäller då:

Den totala mängden organiskt kol marken, C(t), kan vi mäta (länka till mätning av kol). Eftersom C(t)= O(t)+ Y(t) enligt definition av modellen, så kan vi nu lätt beräkna O(t). I fallet ”ogödslat korn” blir då O(0)= O0=53-2=51 ton C ha-1.

Nu återstår att beräkna värdet för kO. Mängden av det gamla kolet förändras ju mycket långsamt och är därför svår att mäta (infoga länk). Titta på figuren i nedbrytningsexperimentet. Det är kanske möjligt att se en trend för vad som händer mellan år 5 och år 10, men det nästan omöjligt att bestämma en tillförlitlig lutning av kurvan under denna tidsperiod. Man måste ha tillgång till mycket längre tidsserier av mätningar för att kunna bestämma lutningen kO. Som tur är fanns det redan på 18-talet forskare som initierade långliggande fältförsök för att studera hur olika odlingssätt påverkar markens kolhalt på lång sikt. För att studera vad som händer med det ”gamla kolet” vill vi helst eliminera det ”unga kolet”. Vi koncentrerar oss därför på försök där man har stängd av inflödet av kol under lång tid, dvs. där man har lagt marken i ”svart träda” (man har hållit marken vegetationsfri) under lång tid. Utanför Uppsala finns det ett sådant fältförsök där man höll marken vegetationsfri sedan 1950-talet. Kolmängden i detta försök har sjunkit med en tredjedel under 35 år:

Genom att anpassa modellen till mätpunkterna kan vi beräkna kO

Nu har vi på experimentell väg bestämd alla storheter som behövs för att bestämma värden på parametrarna modellen under förutsättningen att både nedbrytningsförsöket (där vi bestämde h och kY) och det långliggande försöket (där vi bestämde kO) ligger på samma plats. Vi har kalibrerad modellen för denna plats och kan nu testa, om den kan användas för att förutsäga koldynamiken i samma långliggande försök men för andra behandlingar (dvs. där man odlade på annat sätt).

På detta viset kan modellen valideras, dvs. man tester om modellen kan återge dynamiken av ett oberoende datamaterial. Vi testar om modellen kan prediktera det som har hänt i verkligheten. 

Samma procedur kan upprepas med andra odlingssytem som finns representerade i samma försök. För att kunna använda modellen även på andra platser måste vi ta hänsyn till hur dessa platser skiljer sig åt. Dessa skillnader måste sedan karakteriseras med parametervärden. Vår hypotes är att den viktigaste faktorn som skiljer platserna åt i Sverige är klimatet. I modellen tar vi hänsyn till klimatets inverkan på nedbrytningen i parameter re. Klimatet påverkar dock även inflödet av kol (i). För att göra det enkelt här så antar vi att klimatet påverkar i lika mycket som re. Detta kan ses i modellen när det förhållanden har varit relativt konstanta och markens kolförråd är nära sitt ”steady-state” värde:

(13)

Av detta uttryck framgår att i och re är korrelerade, dvs. om i och re ändras lika mycket (procentuellt), så förändras inte funktionen värde. Det har visat sig att detta antagande är rimligt för norra Europa. Däremot måste vi uppmärksamma hur odlingssystem i sig påverkar värdet på re.

Kolhalten i marken förändras långsamt även vi förändrar lantanvändnigen drastiskt. I ett experiment utanför Uppsala har man hållit mark fri från vegetation (se figuren ovan) tog 35 år att få kolhalten i marken att minska med en tredjedel. Förändringar i kolhalten som sker i naturen är mycket svårare att mäta eftersom kolhalten varierar mycket. Det är vanligt att kolhalten i två jordprovar som tas nästan intill varandra skiljer sig med mera än 10%. Hur kan vi då överhuvudtaget mäta kolhalten för ett större område (t.ex. en åker)?

Tillbaka


Copyright © 1999 [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.