| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Konsekvenser og muligheder ved Danmarks deltagelse i Kyoto-protokollens artikel 3.4 på landbrugsområdet

Appendiks 1. Model for C i mineraljord

Med værktøjet C-TOOL er der opbygget en dynamisk 3-puljet SOC-model med førsteordens nedbrydningsrater implementeret (figur A1). Modellen er initialiseret med landsdækkende målinger af C-indholdet i 0-100 cm’s dybde, foretaget i 1987 og beregningerne er foretaget på amtsbasis for perioden 1980 - 2025.

Figur A1. Modelstruktur. FOM: Fresh Organic Matter, HUM: "Humus", ROM: Resillient Organic Matter.

Modellens ”FOM”-pulje er en samlepulje for delvist omsat materiale, mellemprodukter, svampe, bakterier og smådyr. Med den her ønskede mindste opløsning på et år kan disse samles i én pulje, mens modeller med finere tidsmæssig opløsning må differentiere mellem disse puljer (Petersen et al., 2005b). ”HUM”-puljen består af stabiliseret organisk materiale (”aktiv humus”), med en halveringstid omkring et halvt århundrede. ”ROM”-puljen består af meget langsomt omsætteligt stof. ¹⁴C dateringer viser at jord fra pløjelaget typisk har en gennemsnitlig alder omkring 800-1000 år. Sammenholdes dette med data for omsætning i jorden, kan det konkluderes at en betydelig del af jordens organiske stof (”ROM”-puljen) nødvendigvis må være årtusinder gammel. Dermed kan denne pulje regnes for praktisk taget inaktivt, hvis man betragter udviklingen indenfor nogle årtier eller århundreder.

Der findes ingen laboratorieanalyser der med acceptabel sikkerhed kan måle denne "inaktive" andel. Men ved anvendelse af modelberegninger kan fås et estimat for det gennemsnitlige indhold i pløjelaget på 40,5 %, Petersen et al. (2005a). Dette indhold sættes op ved høje C/N forhold, således at der er mindre CO₂-udvikling per mængde C i jorden, jf. figur A2.

Figur A2. Relativ CO₂-udvikling plottet mod jordens C/N ratio. Punkterne angiver målinger fra Springob og Kirchmann (2002).

Jorden under pløjelaget udgør en særlig problemstilling ved anvendelse af denne type modeller. Der findes kun få data for C-udviklingen i jorden under pløjelaget, "underjorden", selv om gennemsnitligt 56 % af SOC findes i 25-100 cm’s dybde, og kun 44 % findes i 0-25 cm’s dybde, beregnet ud fra de prøver fra Kvadratnettet der indgår i datagrundlaget. Det er vist at der er en væsentlig CO₂ udvikling også fra jorden under pløjelaget, selv om den udviklede mængde per enhed C i jorden er mindre end fra pløjelaget (Lomander et al. 1998, Accoe et al. 2002). Derfor må der antages at foregå en betydelig nedadgående netto-transport af C i jorden, da langt størsteparten af rodmaterialet afsættes i pløjelaget. Denne transport er blandt andet forårsaget af jordlevende dyr, herunder regnorme samt opløst organisk stof og kolloid-bundet C. For enkelthedens skyld opererer modellen med to jordlag, pløjelaget i 0-25 cm’s dybde og ”underjorden” i 25-100 cm’s dybde (figur A3).

Figur A3. C-TOOLs opdeling i pløjelag og underjord, med nedadgående transport.

Ved parametriseringen er modellens nedadgående transport af ”humus” (t_H, figur A1) sat således at fordelingen af SOC mellem 0-25 cm og 75-100 cm i en ”steady-state” modelsimulering er lig med gennemsnittet fra Kvadratnettets mineraljorde. Herved fås en værdi for t_H på 0,43, hvilket er i god overensstemmelse med Elzein og Balesdent (1995), som fandt at flowet ud af ”aktiv humus” puljen var nærved ligeligt fordelt mellem transport og CO₂-udvikling, samt (Bol et al., 1999) der anslog en faktor mellem 0,3 og 0,5. Parameteren t_F (0,006) er estimeret ud fra resultaterne i Jenkinson (1977).

Omsætningshastigheden i de tre puljer følger 1. ordens kinetik

hvor C_i er indholdet af kulstof i pulje i (t ha^-1), t er tid (år) og k_i er omsætningshastigheden for pulje i (år^-1). Der benyttes månedlige tidsskridt, som integreres ved benyttelse af 4. ordens Runge-Kutta metoden. Omsætningshastigheden er angivet ved 10 °C, og modificeres ved at multiplicere med temperaturfunktionen fra figur A4. I denne simulering er anvendt målte månedsværdier fra DMI for perioden 1961-90, og derefter gennemsnitlige månedsværdier fra 2005. Pløjelaget antages at følge lufttemperaturen, mens underjordens temperatur simuleres som en gennemsnitlig svingning i jordtemperatur i 0.6 m's dybde, udregnet efter Hansen et al. (1990, s. 81)

Figur A4. Sammenhæng mellem relative omsætningsrater og temperatur (Kirschbaum 1995).

Fordelingen mellem SOC tabt fra FOM puljen som CO₂, og SOC indbygget i HUM puljen er taget fra Coleman og Jenkinson (1996):

R(X) = 3.09 + 2.67exp(–0.079X)

hvor X er lerprocenten og R ratioen (CO₂-C tab)/(SOC indbygget i HUM puljen). For husdyrgødningens vedkommende indbygges yderligere 8 % direkte i HUM puljen (f_HUM). Dette tal er baseret på resultaterne i Stemmer et al. (2000).

Den vitale modelparameter k_HUM (0,0289 år^-1 inklusive transport) er optimeret på dataserierne fra mark- og rammeforsøg ved Rothamsted, Ultuna, Askov og Risø. Disse dataserier til optimering og validering er taget fra Petersen et al. (2005a), ligesom algoritmerne til optimering er herfra. For at forbedre modelparametrene er der foretaget en kalibrering af modellen ud fra simuleringer af jordens udvikling i ¹⁴C (Petersen et al., 2005a). Omsætningshastigheden for FOM er 1.44 år^-1 (Petersen, 2003), mens omsætningshastigheden for ROM (0,00046 år^-1 inklusive transport) er sat således at indholdet af ¹⁴C i overjorden svarer til niveauet for Askov Forsøgsstation før de atmosfæriske atomprøvesprængninger. Dette ¹⁴C indhold bidrager til at parametrisere omsætningen af ROM-puljen.

Jordbearbejdning er ikke inkluderet i modellens kalibreringsgrundlag. For dog alligevel at kunne vurdere betydningen af dette, er det antaget at omsætningshastigheden af HUM puljen halveres (Olesen et al., 2005) i de år hvor der ikke forekommer jordbearbejdning. Omsætningshastigheden af HUM er justeret, således at effekten af jordbearbejdning samlet set er neutral i perioden 1980-2004. Græsareal i omdrift, lucerne og frøavl antages i gennemsnit at ompløjes hvert andet år. Halvdelen af brakarealet antages at ompløjes hvert år, mens halvdelen antages at være varig.

A1. Input af C til modellen

Som input til modellen indgår arealerne på amtsbasis med de respektive afgrøder, tilbageførte rester af organisk materiale fra afgrøderne, herunder nedmuldet halm, samt husdyrgødning. Mængden af C fra rodafsætning og afgrøderester er beregnet ud fra udbytterne via allometriske funktioner.

For årene 1980-1989, hvor halmafbrænding var tilladt, er det antaget at 80% af det efterladte halm blev afbrændt. Endvidere er det antaget at dette bevirkede en 50% reduktion af de øvrige efterladte planterester på de berørte arealer. Mængden af C i husdyrgødning er baseret på antallet af husdyr som indgår i de nationale emissionsopgørelser (DIEMA 2004) samt beregnet på baggrund af husdyrgødningsnormtallene ab lager (Poulsen et al., 2001) og antallet af husdyr fordelt på de forskellige staldtyper korrigeret for afgræsning. Mængden af husdyrgødning afsat på græs er beregnet ud fra foderindtaget korrigeret for foderudnyttelse.

Der er skelnet mellem 3 former for C input til jorden: 1) overjordiske planterester der ikke kan høstes, 2) overjordiske planterester der kan høstes (eksempelvis halm) 3) rodrester og løbende rodafsætning.

Der blev lavet allometriske funktioner for sammenhængen mellem udbyttet og de ovenstående C-kilder, undtagen for græsarealer og lucerne. På de sidstnævnte arealer blev konstant C-input per arealenhed antaget. Disse funktioner blev dannet ved at parametrisere følgende: i) det høstede primærprodukt (eksempelvis kerne) som andel af den samlede overjordiske biomasse (”høst-indekset”), ii) andelen af det ”sekundære” produkt (halm, roetop) som er høstbart i forhold til den samlede overjordiske biomasse, og iii) andelen af den totale nettoproduktion som antages at gå til rod og rodafsætning (C kilde nr. 3 ovenstående). Givet disse 3 parametre (tabel A1), og andelen af det sekundære produkt der er høstet, kan jordens C input udregnes. Andelen af C i tørstof blev sat til 45% for alle plantedele.

For græsarealer, brak og lucerne, antages C inputtet at fordele sig med forholdet 2:1 mellem rodafledt og overfladeafledt input.

For vinterafgrøder antages 70% af det rodafledte C at blive afsat i pløjelaget (her sat til 0-25 cm’s dybde), i overenstemmelse med fordelingen for vinterhvede (Kätterer et al., 1993).

Tabel A1. Tørstofrelationer.

¹ Kätterer et al (2004).
² Anonym (2004).
³ Kuzyakov & Domanski (2000), værdi for hvede.
⁴ Værdi for byg, under antagelse af at kun 65 % (Kuzyakov & Domanski, 2000) så meget C bliver translokeret til roden som for hvede.
⁵ Taget fra rug.
⁶ Estimeret.
⁷ Kuzyakov & Domanski (2000), værdi for græsmark.
⁸ Ingen høst af sekundærprodukt antaget for denne afgrøde.
⁹ Beregnet allokering når udbytterne fra Anonym (2004) bliver brugt som input til beregningsmetoden i Andrén et al. (2004).
¹⁰ Sum of kerne og halm for den samme afgrøde for høst ved modenhed.
¹¹ Estimeret ud fra resultaterne i Klimanek (1997, Fig. 2).
¹² For majs, er kun 60% så stor en fraktion af C som for hvede (Liljeroth et al., 1994) antaget at gå til roden.

Tabel A2. Estimeret input for græsarealer og brak.

¹ Ifølge Soussana et al. (2004) bliver 9 t C ha^-1 år^-1 translokeret til jorden. Under antagelse af at dette overvejende er rodinput, er det yderligere antaget at 38% (Kuzyakov og Domanski, 2000) går til respiration.
² På grund af lavere tilførsel af næringsstoffer til disse arealer, antages C input til jorden at være 25% lavere end for græsarealer i omdriften.

For vårafgrøder antages andelen afsat i pløjelaget at være 80%, i overensstemmelse med fordelingen for vårbyg (Hansson og Andrén, 1987). Græsarealer antages at afsætte 90% af det rodafledte input i pløjelaget (Kätterer og Andrén, 1999), og den samme værdi anvendes for brak og lucerne.

I landbruget anvendes efterafgrøder i nogen udstrækning som et middel til at reducere kvælstofudvaskningen. Disse efterafgrøder vil samtidigt føre til et øget kulstofinput til jorden. Det er imidlertid vanskeligt fra de nationale opgørelser af afgrøder og dyrkningspraksis at adskille disse efterafgrøder fra udlæg af græs til øvrige græsmarker, dyrkning af italiensk rajgræs til efterårsslæt og dyrkning af vinterraps. De deciderede efterafgrøder vil normalt være rajgræs, der er udsået med en lavere udsædsmængde end normal græs. Dette vil dog ofte også føre til en mindre tørstofproduktion end ved etablering af normale græsmarker som udlægsafgrøder. Der er derfor valgt at tage udgangspunkt i statistikken for salg af græs og kløverfrø fra Plantedirektoratet. Arealet er beregnet som den solgte frømængde divideret med en standard udsædsmængde på 25 kg/ha (Søegaard et al., 2005). Dette giver et udlægsareal af græsmarker i efteråret på 240.000 ha i 1990 stigende til 293.000 ha i 2000 og derefter faldende til 270.000 ha i 2004. Faldet i arealet med udlæg af græsmarker efter 2000 skyldes især et faldende areal med italiensk rajgræs til efterårsslæt som følge af et stigende majsarealer, hvor majsen erstatter græsset som foder i kvægproduktionen. Arealet med efterafgrøder antages at afsætte 1 t C ha^-1.

Startværdierne for kulstof i jorden er taget fra Kvadratnettet (data stillet til rådighed af Dansk Landbrugsrådgivning, Landscenteret), hvor der er målt ned til en meters dybde med 25 cm intervaller i 1987. Over 600 punkter herfra indgår i herværende simuleringer. Farvekode-klasserne er opdelt på Jylland og Øerne, således at der anvendes gennemsnitlige jorde for disse to respektive områder indenfor hver farvekode i jordbundskortlægningen (FK). C/N forholdet i jorden er dels taget fra datasættet der ligger til grund for Heidmann et al. (2001), dels fra DJF’s profildatabase. Jordtypefordelingen på de enkelte amter er fra 1995. Beregningerne af disse fordelinger omfatter landbrugsarealer (kode 2112) i Areal Informations System (AIS 2000), som er baseret på topografiske kort, TOP 10 DK kort, samt amternes kortlægning af beskyttede naturtyper.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Februar 2007, © Miljøstyrelsen.