I 2015 indgik de 196 lande under FN’s klimakonvention en aftale i Paris om en grøn omstilling, der skal holde de globale temperaturstigninger under to grader. Paris-aftalens ambitioner kræver i praksis, at en del af atmosfærens CO₂ kan opsamles og lagres. Her spiller planter og jord en stor rolle. Indholdet af kulstof i jorden er globalt det dobbelt af atmosfærens indhold af CO₂. Mange landbrugsjorde taber dog kulstof i form af CO₂ til atmosfæren. Hvis Danmark skal nå målet om en netto-udledning på nul fra landbruget i 2050, skal vi vende processen, så landbrugsjorden i stedet trækker CO₂ ud af atmosfæren. De fleste nuværende landbrugsafgrøder er etårige, hvilket gør det svært at opbygge kulstof i jorden, da hovedparten af CO₂ bundet i fotosyntesen fjernes med afgrøderne. En løsning kan være at udskifte nogle af de etårige afgrøder med flerårige afgrøder med særligt dybe rødder. Sådanne afgrøder med dybe rødder bringer kulstoffet ned i jordlag, hvor det måske er bedre beskyttet og dermed lagres i længere tid.

Kulstof i overjord og underjord

I Danmark indeholder dyrket mineraljord typisk 1-2% organisk bundet kulstof i det øverste jordlag, pløjelaget (0-25 cm). Dette svarer i gennemsnit til et indhold på 63 ton kulstof per hektar. Under det øverste jordlag falder kulstofkoncentrationen hurtigt med dybden, men til gengæld er underjorden mange meter dyb. Derfor findes der typisk mere kulstof i underjorden end i overjorden. Alene i jordlaget fra 25-100 cm findes omkring 79 ton kulstof per hektar i danske dyrkede jorde. Indlejringen af kulstof i overjord og underjord styres af mekanismer, der omfatter mikrobiel omsætning af kulstof og samspil mellem kulstof og jordens mineralske partikler. Planter tilfører mest kulstof til overjorden, hvor den mikrobielle nedbrydning af det organiske materiale til gengæld sker hurtigt. I underjord er den mikrobielle omsætning af kulstof langsommere, da processerne kan være begrænset af mangel på næringsstoffer, ilt og gunstige temperaturer.

Kulstof i dybe jordlag

Planter med dyb rodvækst, for eksempel lucerne (medicago sativa), kan afsætte kulstof i dybder ned til flere meter. For at følge kulstofoptaget via fotosyntesen dyrkes planten i en atmosfære, hvor CO₂ er beriget med den tungere kulstofisotop ¹³C. Mængden af ¹³C, der transporteres til dybe rødder, kan derefter bestemmes, ligesom man kan bestemme mængden af ¹³C, der har forladt rødderne og findes ude i jorden. For at forstå, om kulstoffet i de dybe jordlag er beskyttet, skal omsætningen og indbygningen af kulstof i mikroorganismerne bestemmes. Dette gøres ved at følge indbygningen af ¹³C i specifikke biomolekyler, der kan henføres til henholdsvis levende mikrobiel biomasse (fosfolipider i cellemembranen) og til levende og dødt mikrobiel biomasse (aminosukre i cellevæggen). Ved brug af disse specifikke biomolekyler har vi udviklet en ny beregningsmetode, som fortæller i hvor høj grad kulstof er blevet mikrobielt stabiliseret.

Lucerne har stort potentiale

I projektet undersøgte vi tre flerårige plantearter for potentialet til at danne dybe rødder ned til fire meters dybde. Ud over lucerne var det skålplante (silphium integrifolium) og kernza (thinopyrum intermedium). Rodmængden faldt som ventet med jorddybden for alle tre plantearter. Og for alle tre plantearter faldt betydningen af kulstof afsat fra roden med jorddybden. Lucerne havde generelt den største mængde kulstof både i de dybe rødder og afsat til den omgivende jord. Lucerne havde samtidig den højeste opbygning af kulstof i de specifikke biomolekyler og dermed det højeste potentiale for mikrobiel stabilisering af kulstof i jorden. Resultaterne viste således, at den mikrobielle stabilisering af kulstof stiger med dybden for alle tre plantearter. Studiet understøtter, at det er muligt via valg af afgrøder med særligt dybe rødder at bringe kulstof ned i jordlag, hvor det har en lang opholdstid. Afgrøder med dybe rødder kan derfor være et vigtigt værktøj til at reducere atmosfærens indhold af CO₂ og dermed mindske landbrugets klimapåvirkning.

Øget kulstoflagring er udfordrende

Den globale opvarmning er i gang og har også ført til stigende temperatur i Danmark. Med stigende temperatur øges nedbrydningen af jordens pulje af organisk stof, også i danske landbrugsjorde. Dette kan i sig selv udgøre en selvforstærkende effekt i klimasystemet. Noget af dette kan modvirkes, hvis mere kulstof lagres i dybe jordlag, hvor de globale temperaturstigninger slår langsommere igennem. Det forudsætter dog, at landbrugets dyrkningssystemer inkluderer afgrøder med dybe rødder, og at disse rødder faktisk afsætter betydende mængder kulstof i underjorden. Det kan nok kun lade sig gøre, hvis landbruget i højere grad dyrker flerårige afgrøder, men selv blandt flerårige afgrøder er der stor variation. Vi kender alt for lidt til betydningen af artsvalg og genetisk variation for mulighederne for kulstoflagring i underjorden, men det vil mere forskning indenfor området kunne afklare.