Nye undersøgelser fra Costa Rica viser, at der ved kaffedyrkning kortvarigt frigives massive mængder lattergas i lavninger i terrænet, når der gødskes og det samtidig regner. Disse lattergas-hotspots er hidtil ikke inddraget i de nationale drivhusgasregnskaber.  Problematikken er desuden yderst relevant i dansk landbrug i forbindelse med lavbundsjorder.

Af Bo Elberling, professor ved Københavns Universitet og Abeline Bentzon-Tarp, Akademiet for de Tekniske Videnskaber.

Vi danskere drikker flere end fire milliarder kopper kaffe om året! Det gør os til en af de mest kaffedrikkende nationer i Verden. Næsten hver anden dansker starter dagen med en god kop morgenkaffe. Men de færreste er klar over, hvilke miljømæssige konsekvenser kaffeproduktion har. Kaffebønner er et af de tropiske landbrugsprodukter, der kræver mest kvælstof, og derfor kan produktionen af kaffe lokalt medføre en betydelig risiko for nitratudvaskning men også til frigivelse af lattergas. Det er dog uvist, hvor meget kvælstof der mistes, blandt andet fordi der hidtil ikke er foretaget målinger i regntiden og umiddelbart efter gødskning.

I det mellemamerikanske land Costa Rica dyrkes Arabica-kaffe, og produktionen har længe været afgørende for landets økonomi og samfundsudvikling. Kaffen dyrkes på bjergskråninger, typisk i 500 til 1500 meters højde, og mere end 50.000 familier er direkte involveret i kaffeproduktionen. Dette svarer til 8 % af arbejdsstyrken i Costa Rica. Blandt de kaffeproducerende lande er Costa Rica det land, der har det højeste forbrug af gødning. I kaffeproduktionen bruges årligt op til 350 kg kvælstof per hektar.

Som det er tilfældet i Danmark, bidrager landbruget i Costa Rica med mere end en tredjedel af landets samlede frigivelse af drivhusgasser, og mere end 25 % er knyttet til frigivelsen af lattergas. Costa Rica er blandt de førende lande i kampen mod klimaforandringerne, og landet har en ambition om at blive drivhusgasneutral inden 2030. Regnestykket er dog kompliceret, og man kan med god grund spørge, om man måler rigtigt med hensyn til lattergas.

Nye målinger

Lige inden regntiden starter, gøds­kes kaffeplanterne. Derefter er det næsten umuligt at lave manuelle målinger af lattergasfrigivelsen. Derfor omfatter vores nye målinger automatiske kammersystemer, som lukker og åbner automatisk. Når et kammer er lukket, måles stigningen i koncentrationen af lattergas i kammeret. Dette kan omregnes til en emission, hvilket er et udtryk for, hvor mange gram lattergas der frigives per areal over den tid, kammeret er lukket. Over tre dyrkningssæsoner har vi målt både på marker, som får den ordinære mængde kvælstof (230 kg N per hektar per år) og marker uden tilførsel af kvælstof.

Foruden gasmålingerne er der målt vandindhold, nitratindhold og temperatur i jorde samt klimaet i området, herunder nedbør, lufttemperatur mv. Den månedlige gennemsnitstemperatur svinger mellem 18 og 21 °C, og der falder tre til fire gange så meget regn som i Danmark, dog primært i regntiden. Når det regner, efter der er gødsket, stiger emissionen af lattergas til mere end 70 gram N målt som N₂O per hektar per døgn, hvilket svarer til mere end 10 gange emissionen fra en ikke-gødsket mark.

De høje emissioner falder langsomt efter nogle uger samtidig med, at nitratindholdet i jorden falder. Regnen vandmætter jorden, hvilket betyder at ilten hurtigt forsvinder, og en særlig gruppe mikroorganismer kan derefter lave nitrat om til frit kvælstof (N₂). Denne såkaldte denitrifikations-proces fjerner den nitratpulje, som er vigtig for kaffeplanterne. Samtidig udvaskes nitrat, fordi nitrat nemt opløses i regnvandet, som siver ned i jorden. Lattergas er et mellem­produkt i denitrifikationen og frigives til atmosfæren, hvis den ikke når at blive omdannet til den helt uproblematiske gas, frit kvælstof, som der i forvejen er meget af i atmosfæren. Så for klimaet og for kaffeproduktionen handler det om at holde på nitraten i jorden og mindske hastigheden af denitrifikations-processen.

Udvaskning og mere lattergas

De fleste kaffemarker i Costa Rica ligger i bjergområder, hvor der er bakker og lavninger. Selvom frigivelsen af lattergas i de mere veldrænede dele af markerne stopper efter nogle uger, så viser målinger af lattergas på en række steder på en skråning og ned mod en lavning i en kaffemark, at frigivelsen af lattergas sker over meget længere tid i lavningen. Dette skyldes ikke, at der gødskes mere i lavningerne, men at nitratoverskuddet fra alle omgivelserne sammen med regnvand samles i lavningerne, og at der her opstår de optimale betingelser for denitrifikation og dermed en langvarig frigivelse af lattergas. Vores undersøgelser viser, at der kommer mere end tre gange mere lattergas fra lavninger end fra de mere veldrænede dele af marken. Det betyder, at selvom lavningerne kun udgør 10 % af marken, bidrager de med 25 % af lattergasfrigivelsen.

Målingerne fra kaffemarkerne i dette projekt viser, at man i de nationale lattergasregnskaber i Costa Rica har underestimeret lattergasbidraget fra kaffeproduktionen. Det skyldes, at der ikke er foretaget målinger med stor hyppighed umiddelbart efter gødskning og efter større nedbørsbegivenheder, eller at der ikke er målt i lavninger.

Kan man reducere lattergasfrigivelsen?

Der er ikke nogen nemme løsninger, men målsætningen for landbruget og miljøet er den samme: Vi skal undgå et tab af nitrat og produktion af lattergas. Det handler for kaffeproducenterne også om økonomi, for gødning er dyrt. I samråd med kaffeproducenter har vi diskuteret mulighederne for at undgå at gøds­ke lige før regntiden, at gødske mere hyppigt og i mindre mængder og at gødske med andre kvælstof­typer, som er mindre vandopløselig.

En af de nye metoder, som bliver forsøgt, er at plante træer, som i symbiose med mikroorganismer kan binde kvælstof fra atmosfæren. Dermed øges kvælstofindholdet i blade, som når de lander på jorden, kan fungere som kvælstofkilde, der langsomt frigives i takt med at bladene nedbrydes. Desuden skygger træerne for kaffeplanterne, hvilket kan være en fordel i tørtiden.

Relevant i en dansk kontekst

Frigivelsen af lattergas fra marker skal måles med stor hyppighed. En mulighed er automatiske kammersystemer, som kan lave målinger hver time. Derved kan pulse af lattergas måles, som i studiet fra Costa Rica viser sig knyttet til kombinationen af begivenheder som gødskning og vandmætning af jorden for eksempel ved kraftig regn. I Danmark er det primært i vinterhalvåret, der falder store mængder nedbør, og det er her, vi må forvente den største udbredelse af oversvømmede marker, hvor denitrifikation kan ske. Dette sker dog kun, hvis der er nitrat tilgængeligt i jorden, hvilket typisk er tilfældet i lerede jorde under kraftig nedbør efter lang tids udtørring eller i det tidlige forår, når der gødskes. I begge tilfælde kan der forventes en betydelig frigivelse af lattergas, så længe der er nitrat i et ellers iltfrit jordmiljø.

I Costa Rica blev den største emission af lattergas målt i lavningerne, fordi vand og næringsstoffer fra et større markareal samledes her. I et dansk morænelandskab er lavbundsjorde hyppige, og om vinteren er de i lange perioder delvist oversvømmede. Nogle af disse lavninger er måske på vej ud af drift for at sikre en langsigtet kulstofophobning, men de bliver kun sikret mod en lattergasfrigivelse, hvis man samtidig sikrer, at de omkringliggende marker ikke overgødskes, og at de dermed modtager kvælstof fra omgivelserne.

I kaffemarkerne ses det, at frigivelsen af lattergas falder i takt med, at nitratindholdet falder. Men nitrat kan også dannes ved en anden vigtig proces, nitrifikation, hvorved lattergas også frigives, dog kun når der er ilt til stede i jordmiljøet. Ved nitrifikation omdannes ammonium til nitrat. Det betyder, at hvis fremtidige lavninger i Danmark skal undgå at bidrage til en lattergasfrigivelse, skal vandstanden være forholdsvis konstant. Svinger vandstanden op og ned i takt med tørre sommerperioder og våde efterår, så dannes der nitrat ved nitrifikation om sommeren, som så er en kilde til en denitrifikationsproces om efteråret.

En sidste ting man kan konkludere på baggrund af projektet i de costaricanske kaffemarker er, at gødnings­type, hyppighed og mængder er altafgørende for latter­gasfrigivelsen. Vidensgrundlaget for at kunne byde på en ny strategi for lavbunds­jorder under danske forhold synes for øjeblikket ikke at være tilstrækkelig. Men det arbejdes der på i skrivende stund. Nu er det tid til en god kop kaffe. ♦