Hvordan måle innholdet av organisk materiale og karbon i norsk jord?

Organisk materiale i jord

Organisk materiale i jord kan defineres som molekyler som inneholder karbon (C) og som stammer fra planter eller dyr. I Norge er det mest vanlig å analysere innholdet av organisk materiale i jord ved glødetapsanalyse. Begrepet organisk materiale kan også inkludere levende planter og større jordlevende organismer, men innholdet av dem måles på andre måter. Samtidig er ikke skillet mellom levende og dødt materiale like skarpt i jorda som vi er vant til å betrakte det ellers, for eksempel for husdyr eller mennesker. En rotbit eller rotceller som løsner kan bruke lang tid på å dø (visne). Mange bakterier lever i rotsonen, rundt organisk materiale og i meitemarkekskrementer i jorda. Er slike partikler levende eller dødt materiale?

Mold og organisk materiale er begreper som brukes om hverandre, men mold er gjerne en mer omdannet del av det organiske materialet i jorda. På tysk, og noen steder på norsk, kalles mold og omdannet organisk materiale for humus. Det er imidlertid ofte litt ulike tolkninger av flere av disse begrepene. Felles er at både organisk materiale, mold og humus inneholder karbon, men også oksygen, hydrogen, nitrogen, svovel og flere mineraler. For å finne innholdet av karbon i jord må først glødetapsverdien nedjusteres via omregninger for å finne det mest mulig korrekte innholdet av organisk materiale i jorda.

Eksempler på jordprøver

Gårdbrukere anbefales å analysere jorda på ulike deler av gården med noen års mellomrom. Tabell 1 viser resultatene av jordanalyser av jord fra en graskløvereng (skifte 1) på Nordmøre og en grønnsaksjord (skifte 2) i Lier på Østlandet. Skifte 1 er jordart 5 som betyr siltig mellomsand og den andre jorda er jordart 9 som kalles lettleire. Skifte 1 hadde et glødetap på 9,4 % av TS og moldinnholdet ble beregnet til 8,4 %. Skifte 2 hadde et glødetap på 2,5 % og moldinnhold på 0,5 %. Hvorfor er moldinnholdet lavere enn glødetapet? Hvorfor er moldinnholdet så mye lavere enn glødetapet i leirjord? Hvor mye karbon er det egentlig i disse to jordprøvene og i jord fra ulike steder i Norge?

Organisk materiale måles oftest som glødetap

Glødetapsanalyser er en av de mest brukte metodene for å måle mengden organisk materiale i jord. Det er likevel ikke en felles global standard for hvordan dette skal gjøres. Både valg av materiale som analyseres, størrelse på prøven, temperatur og glødetid kan påvirke nøyaktigheten av en glødtapsanalyse (Hoogsteen m.fl. 2015). 

I Norge måles innholdet av organisk materiale i jord vanligvis som glødetap av luft-tørr jord som er siktet slik at partiklene som analyseres er mindre enn 2 mm. Siktingen innebærer at større rester av planter, røtter eller meitemark er fjernet, i tillegg til grus og stein som er større enn 2 mm. Etter siktingen tørkes jorda ved 105 ^oC til stabil vekt, for å dampe vekk vann og finne tørrstoffinnholdet. Så brennes den samme jordprøven i en glødeovn ved 550 ^oC i minst 3 timer.

Ved denne forbrenningen, kalt gløding, vil karbon, men også oksygen, hydrogen, nitrogen og svovel fra jordprøven forsvinne som gass. Innholdet av organisk materiale blir da differansen mellom tørr vekt av jord og vekt av asken som er igjen etter gløding, og oppgis i % av tørrstoffinnholdet. Kalsium, fosfor, kalium, magnesium og diverse mikronæringsstoff blir igjen i asken som dannes. Vekttapet kalles organisk materiale.

Moldinnhold er nedjustert glødetap

Når jordprøven glødes, stammer mesteparten av vekttapet fra jordas organiske materiale, men vekttapet kan også skyldes tap av karbonater, flyktige salter, ammonium, samt vann og strukturendringer av leirmineralene i jorda (Riley 1996). Forhold knyttet til leire i jordprøven betyr mest for norske jordtyper, hvor det er lite kalsiumkarbonat i jorda fra før. Når glødetapet nedjusteres for leirinnhold får vi et mer nøyaktig mål på innholdet av organisk materiale i jorda, som oppgis som moldinnhold i jordanalysene (Tabell 1). Det er vanlig å trekke fra 1-4,5 prosentpoeng fra glødetapstallverdien for å beregne moldinnholdet (Tabell 2). Datagrunnlaget for disse korreksjonene er fra Ekström (1926), men brukes ennå (Krogstad 2009). 

Tabell 2. Når leirinnholdet ikke er kjent i jordprøven, vil glødetapsverdien nedjusteres med et korreksjonstall, basert på jordarten den er klassifisert innen. Tabellverdier er hentet fra Krogstad (2009) etter tall fra Ekström (1926).

I tabell 1 var jordarten på skifte 1 på Nordmøre siltig mellomsand. Den kommer i gruppen «annen jordart» og det blir derfor trukket fra ett prosentpoeng fra glødetapsverdien. Dette korrigerte glødetapet, oppgitt som moldinnhold, blir derfor 8,4 %. Skifte 2, med høyere leirinnhold i jorda, kommer i klassen lettleire i tabellen over. Derfor blir det der et fratrekk på 2, direkte av gjødetapsverdien, og moldinnholdet blir bare 0,5 % (Tabell 1). Moldinnholdet i jordanalyser anses som et mer nøyaktig mål på innhold av organisk materiale i jorda.

Egne analyser for karbonbestemming i jord

Innholdet av karbon i jorda kan også bestemmes ved at fortørket og siktet jord brennes i en strøm av oksygen og ved enda høyere temperatur (1600 °C), i en elementanalysator. Mengden av CO₂-gass som dannes i prosessen blir målt og gir et mål på total C i jorda. Disse verdiene må også korrigeres for leirinnhold og eventuelle karbonater, og gjøres ikke helt likt overalt. Når forbrenningstemperaturen er over 700-800°C vil også karbonater i jorda spaltes. Det betyr at dersom jorda inneholder kalk kan totalinnholdet av karbon målt etter denne forbrenningsmetoden gi for høyt innhold av organisk karbon dersom det ikke korrigeres for karbon i karbonatene. Når vi leser om «soil organic carbon», altså karboninnholdet i jorda som stammer fra organisk materiale, er det oftest slike analyser som er brukt. Det kan også være omregnet fra glødetapsverdier, da bør det stå en formel for hvordan. I elementanalysatoren brukes ofte små mengder jord, ned mot 0,1 g. Glødetapsmålinger bruker større mengde jord (> 25 g) og er som regel mye billigere for laboratorier å gjennomføre. Begge metodene har sine styrker og svakheter. 

Generell huskeregel

Karbon fra organisk materiale i jord stammer fra planterester, husdyrgjødsel og jordliv. Karbonet kan komme fra komplekse organiske strukturer som humussyrer, lignin, kitin og cellulose, men også fra mindre og enklere organiske forbindelser, samt mikroorganismer, sopp og små rotdeler (Schmidt m.fl. 2011, Lehmann & Klebe 2015).

Antar vi at 50 % av det organiske materialet i jordprøven er karbon, kan man forenklet bruke denne likningen:

organisk materiale i jord = organisk karbon x 2

Glødetap er en enkel og rimelig metode som gir et brukbart mål på samlet innhold av brennbart organisk materiale som finnes i jord, men den viser innholdet av mer enn karbonet i de organiske molekylene i jordprøvene. Jordprøvene i eksemplet, viser da 9,4 % organisk materiale (glødetap) og 8,4 % mold (en mer nøye verdi for innholdet av organisk materiale) for skifte 1 og henholdsvis 2,5 % og 0,5 % for skifte 2.

Enten glødetapstallet eller moldinnholdet divideres med to og vil gi oss karboninnholdet, men hva er mest korrekt og hva bruker vi? Den vanligste måten er å bruke glødetapsverdien dividert på to, men den mest korrekte er kanskje moldinnholdet dividert med 2. Det aller viktigste er imidlertid å dividere glødetapsverdien eller moldinnholdet og ikke bruke verdien direkte når vi snakker om jordas organiske karboninnhold (SOC).

Tabell 3. Likninger for organisk karbon (OC) i jord, der prosent glødetap (GT) og prosent leire (LEIR) inngår.

Mer eksakt omregning i norsk jord

Et annet alternativ er å benytte likninger hvor man beregner innholdet av organisk karbon basert på glødetapstall med korreksjon for målt leirprosent. Da unngår man å måtte ta stilling til om karboninnholdet er 50 eller 58% av SOM. Slike likninger vil trolig variere fra sted til sted, som følge av ulikheter i opphavsmaterialet.

Eksempel for to slike likninger er gitt i Tabell 3 (Riley, upublisert). Følgende likninger er basert på jordprøver fra Mjøsområdet (morenelettleire) og Ås-området (marin mellomleir/stiv leire). De dekker den vanlige spredningen i karbon- og leirinnhold som finnes på dyrket jord i slike områder. Begge bruker en korreksjon for jordas leirinnhold.

Ved et glødetap på 4 % og et leirinnhold på 16 %, gir likningen for morenelettleire et innhold av organisk karbon på 1,2. Slike formler er ekstra viktige i jord med høyt leirinnhold og lavt glødetap, hvor et generelt fratrekk på glødetapstallverdien for leirinnhold kan gi negative verdier for moldinnholdet. Figur 2 viser beregnete verdier for organisk karbon (OC) ved fem glødetapsnivåer (GT-nivå) innenfor spredningen i leir- og karboninnhold som likningene i Tabell 3 dekker. Flere detaljer om glødetap og innhold av organisk materiale finnes hos Riley (1996) og Hoogsteen m.fl. (2015).

Tydeligere begrepsbruk

Innholdet av organisk materiale, mold og karbon i jord henger tett sammen, men må ikke forveksles når vi i sammenlikninger verdier i ulike undersøkelser.

Generelt gir glødetapet best mål for innhold av organisk materiale i jordartsklassene mineralblandet moldjord og organisk jord og jordarter med lavt leirinnhold (< 9 %). Det er også der minst forskjell mellom glødetapet og moldinnhold (mer nøye innhold av organisk materiale). I slik jord er også karboninnholdet nærmest 50 % av både glødetapsverdien og verdien for beregnet moldinnhold.

I mineraljord med økende innhold av leire, vil glødetapet derimot måtte korrigeres ned mer og mer for best mulig mål for moldinnholdet (det reelle innholdet av organisk materiale) og i etterkant beregning av karboninnholdet. I slik jord blir det større forskjell mellom glødetapsverdien og moldinnholdet.

Det blir også viktigere å beregne karboninnholdet mer nøyaktig, og ikke dividere glødetapsverdien, men moldinnholdet med 2. Dette fordi leirinnholdet påvirker glødetapsverdien mye og gir i slik jord et langt lavere reelt innhold av organisk materiale enn glødetapsverdien viser.

På skifte 2 (Tabell 1) var det 0,5 % moldinnhold i jorda etter direkte fratrekk på 2 (Tabell 2) fra glødetapstallet 2,5. Den beregningsmetoden gir et innhold av organisk karbon på 0,5/2 = 0,25 % karbon. Dette utgjør et karboninnhold på 10 % av glødetapstallet. Bruk av samme glødetapstallverdi 2,5 og leirinnhold (maks 25%) i likningen i Tabell 3 (OC= 0,446*GT - 0,039*LEIR) gir et innhold av organisk karbon på 0,14 % karbon. Da utgjør karboninnholdet bare 5,6 % av glødetapstallet. Innholdet av karbon blir mye mindre enn glødetapet dividert med 2 i begge beregningene.

Karbon i større røtter eller meitemark blir ikke med

I en vid definisjon av begrepet organisk materiale og karbon i jord, snakker vi også om levende røtter og meitemark, samt større biter av dødt organisk materiale i form av halmrester og grastorver under omdanning. Uttak og sikting gjennom 2 mm sikt av jordprøvene som skal analyseres, tar dermed ikke med like mye organisk materiale fra alle kildene i jorda.

Det organiske materialet som vi analyserer er dermed en blanding av mer eller mindre godt nedbrutte planterester, små jordorganismer, meitemark-ekskrementer, små rotdeler, jordlevende sopp og bakterier, samt molekyler skilt ut av disse.

Hverken større planterøtter, organiske rester eller meitemark tas med i jordprøvene som analyseres for glødetap eller karbon. Dette må vi ha i bakhodet når vi diskuterer karbondynamikk i jord.

Teksten er hentet fra: Pommeresche, R., R.B. Frøseth & H. Riley 2019. Hvordan måles innholdet av organisk materiale og karbon i norsk jord? NORSØK Faginfo nr 1, 2019

Referanser

• Ekström, G. 1926. Klassifikation av Svenska Åkerjordar. SGU Ser C nr 345.
• Hoogsteen, M.J.J. m fl. 2015. Estimating soil organic carbon through loss on ignition. European Journal of Soil Science 66, 320-328.
• Krogstad, T. 2009. Laboratoriemetoder til emnet JORD212 - Jordanalyser. Institutt for plante- og miljøvitenskap, NMBU.
• Lehmann, J. & Kleber, M. 2015. The contentious nature of soil organic matter. Nature, 528, 60-68.
• Pribyl, D.W. 2010. A critical review of the conventional SOC to SOM conversion factor. Geroderma 156, 75-83
• Riley, H. 1996. Estimation of physical properties of cultivated soils in southeast Norway from readily available soil information. Norwegian Journal of Agricultural Science, Supplement No. 25, 51 pp.
• Schmidt, M. W. I. m.fl. 2011. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature 478, 49, 49- 56.

Les mer

Bysveen, K. 2020. Mold holder på vannet. NLR Innlandet

Riley, H. 2022. Lagrer jorda egentlig mer karbon om vi dropper plogen? forskning.no, 18.5.2022

Sundet, H. 2020. Karbonbinding i eng. NLR Østafjells

Torppa, K.A. & A.R. Taylor 2022. Alternative combinations of tillage practices and crop rotations can foster earthworm density and bioturbation. Applied Soil Ecology 175, July 2022, 104460