Det glemte kretsløpet

Både karbon og nitrogen er grunnstoffer som er essensielle for liv, og som finnes overalt rundt oss. De inngår begge i en evig runddans mellom jord, vann, luft og levende organismer. Begge disse kretsløpene er siden den industrielle revolusjonen blitt kraftig påvirket av menneskelig aktivitet.

Den viktigste oppfinnelsen i det 20. århundre

På starten av 1900-tallet fikk de tyske kjemikerne Fritz Haber og Carl Bosch nobelprisen for sitt arbeid med en metode for industriell fremstilling av ammoniakk. Haber-Bosch-prosessen dannet grunnlaget for oppfinnelsen av kunstgjødsel, som gjorde det enkelt for bønder å øke mengden tilgjengelig nitrogen for jordbruksvekstene. Industrielt fremstilt nitrogengjødsel har hatt enorm betydning for verdens matproduksjon og regnes derfor som den viktigste oppfinnelsen i det 20.århundret.

Nitrogenets kretsløp

Atmosfæren består av 78 % nitrogen, noe som gjør dette til den vanligste gassen i lufta rundt oss. Dette er snakk om rent nitrogen, N₂. Få levende organismer kan nyttiggjøre seg nitrogen i denne formen. For at planter og dyr skal få nytte av nitrogenet må det omdannes til andre nitrogenforbindelser, som med en samlebetegnelse kalles reaktivt nitrogen.
I naturen blir nitrogen tilgjengelig for plantene ved at ulike bakterier som lever i jorda omdanner N₂ til ammonium og nitrat, nitrogenforbindelser som plantene kan ta opp gjennom røttene. Prosessen kalles biologisk nitrogenfiksering. En liten mengde nitrogen blir også gjort tilgjengelig ved lynnedslag. Mengden nitrogen som blir gjort tilgjengelig på landjorda gjennom disse naturlige prosessene er rundt 60 millioner tonn per år (Figur 1). Det aller meste av dette, 58 millioner tonn nitrogen, stammer fra biologisk nitrogenfiksering.

Menneskets påvirkning på kretsløpet

Også ved produksjon av kunstgjødsel blir nitrogen hentet fra lufta og omdannet til forbindelser som plantene kan ta opp. Når denne gjødsla spres på åker og eng over hele verden øker mengden tilgjengelig nitrogen i jorda dramatisk. Det er beregnet at nitrogengjødsling fører til at så mye som 100 millioner tonn reaktivt nitrogen blir gjort tilgjengelig for plantene hvert år. Det er nesten dobbelt så mye som alt som blir gjort tilgjengelig gjennom biologisk nitrogenfiksering på land.

I tillegg vil mengden reaktivt nitrogen øke ved forbrenning av kull, olje og gass. Ved forbruk av fossile energikilder blir det dannet ulike nitrogengasser (NO_x-gasser). Dette er også en form for reaktivt nitrogen, som vender tilbake til landjorda med nedbøren – såkalt «sur nedbør». Fossil forbrenning fører til dannelse av omtrent 30 millioner tonn reaktivt nitrogen per år.

Baksiden av medaljen

Den kraftige økningen i mengden reaktivt nitrogen de siste 100 årene har ikke bare ført til økt matproduksjon. Overskudd av nitrogen gir også avrenning til vann og vassdrag, med algeoppblomstringer og forstyrrede økosystemer som resultat. I tillegg er det tett sammenheng mellom økt mengde tilgjengelig nitrogen i jorda og økte utslipp av lystgass fra jord. Lystgass (N₂O) er en nitrogengass som har sterk oppvarmingseffekt i atmosfæren. Ett kg lystgass regnes å ha 298 ganger så stor oppvarmingseffekt som ett kg CO₂.

Utslipp av lystgass fra jord tilsvarte 39 % av landbrukets klimagassutslipp i Norge i 2018 og var dermed den nest største kilden til klimagassutslipp fra landbruket, etter metan fra drøvtyggernes fordøyelse. Mens metan har kort levetid i atmosfæren har lystgass en levetid på omtrent 130 år. I tillegg til klimaeffekten bidrar lystgass til nedbryting av ozonlaget. Den viktigste grunnen til at utslippet av CO₂ har økt siden førindustriell tid er forbrenning av fossile energikilder og sementproduksjon. Den viktigste grunnen til at utslippene av lystgass har økt i den samme perioden er imidlertid nitrogengjødsling i landbruket.

Det vanskelige kompromisset

Landbruket er ikke en industri vi kan velge å klare oss uten. Mat må vi ha, uansett hva som skjer. Den stolte målsetningen for norsk landbruk er imidlertid å produsere mat med minst mulig negativ påvirkning på naturen. Vi forsøker å produsere mat uten å redusere fremtidige generasjoners mulighet til å gjøre det samme.

For de fleste jordbruksvekster er tilgang på nitrogen den viktigste enkeltfaktoren som bestemmer avlingsnivå. Nitrogengjødsling spiller dermed en avgjørende rolle for å få til en arealeffektiv matproduksjon. Innenfor landbruket er det en klassisk debatt mellom forkjemperne for intensiv kontra ekstensiv drift. Er det best å produsere mye mat på et lite areal og dermed la mer natur være uberørt? Eller er det kan hende bedre å produsere på et større areal, men med mindre menneskelig påvirkning på dette arealet?

Som så ofte i livet finnes det ikke noe enkelt svar på dette dilemmaet. Kanskje kommer vi lenger i debatten hvis vi ikke fokuserer på enten - eller, men i stedet forsøker å finne balansepunktet mellom ulike hensyn. Hvor mye nitrogengjødsel er det forsvarlig å bruke for å øke avlingene? Hvor går grensen der de negative konsekvensene ved å øke nitrogengjødslinga er større enn de positive effektene? Dette er vesentlige spørsmål både for den enkelte bonde og for landbruket som helhet.

Tiltak for reduserte lystgassutslipp

Utslipp av lystgass fra landbruksjord representerer et tap av nitrogen. Hvis man skal forsøke å redusere utslippene av lystgass handler det om å legge til rette for at mest mulig av nitrogenet som tilføres blir utnyttet til plantevekst i stedet for å gå tapt. Det betyr også at man slipper å bruke tid og penger på å spre nitrogen som forsvinner ut i luft eller vann.

Selv om nitrogen har stor betydning for avlingsnivå, kan det vel så ofte være andre faktorer som er begrensende for avlingen. I dag har vi lett og billig tilgang på nitrogengjødsel, og økt nitrogenmengde fremstår gjerne som den enkleste medisinen for ethvert problem. Dersom utfordringene egentlig handler om drenering, pH eller jordstruktur kan økt gjødselmengde føre til store tap av nitrogen, samtidig som man kun oppnår en marginal økning i avling. Da kan man spørre seg selv om den ekstra kostnaden, for både lommeboka og miljøet, virkelig er verdt gevinsten. For å oppnå lave lystgassutslipp må man være en god agronom som er nysgjerrig og forsøker å finne ut hva det er som skal til for å gi bedre vekstforhold for plantene på akkurat dette skiftet. Med dette som mål blir matproduksjonen både spennende og meningsfullt.

Kilder:

Bardalen, A., et al (2018). Utslippsreduksjoner i norsk jordbruk – Kunnskapsstatus og tiltaksmuligheter. NIBIO rapport nr 149, Vol 4.

Henrikson, M., Stenberg., M., Berglund, M. (2015). Lustgas från jordbruksmark. Konkreta råd for at minska lustgasavgången på gårdsnivå.

IPCC (2013). Kapittel 6: Carbon and Other Biogeochemical Cycles, I IPCC Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. (s. 465-570).

Tesfai, M. (2016). Emissions of N₂O from agricultural soils and mitigation options: a review with special reference to Norwegian agriculture. NIBIO rapport nr 2(25) 2016.