Et toårig feltforsøk ved verdens nordligste dyrkede myrområde i Pasvik i Finnmark viser at klimagassutslipp kan reduseres betydelig ved å heve og holde vannspeilet til 25–50 centimeter under jordoverflaten.
Av Kathrine Torday Gulden, NIBIO
Scroll down for text in English
I naturlig tilstand er myr ett av naturens største karbonlagre. Jorda er vannmettet og oksygenfattig, noe som gjør at nedbrytningen av dødt plantemateriale går veldig sakte. Plantene blir ikke brutt helt ned, men hoper seg opp gjennom årtusener og danner tykke lag med torv.
Når en myr blir drenert for å brukes som jordbruksareal, synker vannstanden og oksygen trenger inn i torvlaget. Da begynner mikroorganismene å bryte ned det gamle plantematerialet mye raskere.
Det gjør at karbon som har vært lagret i myren i mange år, frigjøres som klimagassen karbondioksid (CO₂).
Mye forskning i sør, men lite på myra i nord
Mens det finnes mye forskning om drenering og vannstand i Sør-Norge og Europa, er kunnskapen om de nordligste dyrkede myrene begrenset. Klimaet her er kaldt, med korte vekstsesonger og lange, lyse sommernetter.
– Fra studier i varmere strøk vet vi at å heve grunnvannet i drenert og dyrket myr ofte reduserer CO₂‑utslippene, fordi nedbrytningen av torvlaget går tregere, forteller NIBIO‑forsker Junbin Zhao.
– Samtidig kan våtere og mer oksygenfattige forhold gi økte utslipp av metan, fordi mikrobene som produserer metan trives best når det nesten ikke finnes oksygen i jorda.
Under visse forhold kan også utslippene av lystgass øke. Det skjer når jorda er fuktig, men ikke helt vannmettet. Da kan mikrobenes omdanning av nitrogenforbindelser stoppe før den er fullført, slik at det dannes lystgass (N₂O) i stedet for ufarlig nitrogengass (N₂)
– Siden de ulike klimagassene reagerer forskjellig på endringer i vannstand, kan mengden av én gass gå ned mens en annen går opp. Det er derfor viktig å se på hele klimagassregnskapet under ett, sier Zhao.
– Vi må måle CO₂, metan og lystgass samtidig gjennom hele sesongen, for å finne ut hva som faktisk blir nettoeffekten i de nordligste jordbruksområdene.
Toårig feltforsøk i Pasvikdalen
I 2022 og 2023 gjennomførte forskerne et omfattende feltforsøk ved NIBIO Svanhovd i Øst-Finnmark. Automatiske kamre målte utslipp av CO₂, metan og lystgass fra den dyrkede og drenerte myren flere ganger om dagen gjennom hele vekstsesongen.
– Forsøket besto av fem ruter som til sammen representerte typiske driftsforhold man gjerne finner i et drenert jordbruksfelt – med forskjellig grunnvannsstand, ulike mengder tilsatt gjødsel og ulikt antall slåtter per sesong, forteller Zhao.
Målet til forskerne var å få svar på tre spørsmål:
– For det første ville vi finne ut om høyere grunnvannsnivå kan gjøre en dyrket arktisk myr tilnærmet klimanøytral. For det andre ønsket vi å se om vannstanden påvirker CO₂‑utslippene fra jorda mer enn den påvirker plantenes evne til å ta opp CO₂. I tillegg var vi interessert i å finne ut hvordan gjødsling og slått påvirker det totale klimaregnskapet, sier Zhao.
Høy vannstand ga utslippskutt
Resultatene fra feltforsøket viste at når myren i Pasvik var godt drenert, slapp den ut store mengder CO₂ – omtrent like mye som andre dyrkede myrer lenger sør.
Da forskerne hevet grunnvannet til 25–50 centimeter under overflaten, falt imidlertid utslippene markant.
– Ved såpass høy vannstand, var også utslippene av metan og lystgass lave, noe som ga et langt lavere samlet klimagassutslipp. Under slike forhold tok feltet faktisk opp litt mer CO₂ enn det slapp ut, forteller Zhao.
Høy grunnvannstand i dyrket arktisk myr kan derfor være et effektivt klimatiltak, mener forskeren.
– Funnene våre er spesielt interessante fordi utslippene ble målt kontinuerlig gjennom døgnet. Det gjorde at vi også fanget opp korte perioder med uvanlig høye utslipp og naturlige døgnsvingninger – detaljer som ofte ikke fanges opp når man bare måler av og til.
Fungerer best i kaldt klima
Når grunnvannet står høyt, blir jorda våtere, og oksygentilgangen i rotsonen går ned. Under slike forhold er plantene mindre aktive og tar opp mindre CO₂.
Likevel så forskerne at de totale CO₂‑utslippene fra feltet i Pasvik gikk ned.
– Det skyldes at våte forhold gjør at feltet trenger mindre lys før det begynner å ta opp mer CO₂ enn det slipper ut. Når denne terskelen nås tidligere på dagen, får man flere timer med netto karbonopptak, forklarer Zhao.
– Beregningene våre viser at denne effekten blir ekstra stor i nord, på grunn av de lange, lyse sommernettene. De gir mange ekstra timer hvor systemet ligger på plussiden, noe som kan øke det samlede CO₂‑opptaket betydelig.
Temperatur viste seg imidlertid å være en nøkkelfaktor her. Forskerne oppdaget at når jorda ble varmere enn omtrent 12 °C, økte aktiviteten til mikroorganismene.
– Ved høyere temperaturer bryter mikroorganismene ned det organiske materialet raskere, og både CO₂‑ og metanutslippene stiger, forteller Zhao.
– Det betyr at effekten av høyere vannstand er størst i kjølig klima – og at fremtidig oppvarming kan redusere gevinsten. I praksis er det derfor viktig at vannstanden vurderes sammen med temperatur og lokale forhold, legger han til.
Gjødsling og høsting: Produksjon og karbon må balanseres
Gjødsling og høsting påvirket også klimagassbalansen i feltet. Når forskerne brukte mer gjødsel, vokste graset bedre.
– Mer gjødsel ga mer biomasse, men førte ikke til merkbare endringer i utslippene av CO₂ eller metan i forsøket vårt, forteller Zhao.
Høsting hadde derimot en tydelig effekt. Når graset ble slått og fjernet, ble også karbon tatt ut av systemet – fordi planter lagrer karbon mens de vokser.
– Hvis man høster ofte kan man over tid risikere å ta ut mer karbon enn det som bygges opp igjen. Da vil torvlaget gradvis tømmes for karbon, selv når vannstanden holdes høy, påpeker Zhao.
Ifølge forskeren er det derfor viktig å vurdere vannstand, gjødsling og høstestrategi i sammenheng. Det som gir lavere utslipp på kort sikt, kan samtidig redusere karbonlagringen på lengre sikt, noe som igjen kan svekke jordhelsen.
– En løsning på dette kan være å innføre paludikultur. Det vil si at man dyrker planter som tåler fuktige forhold, slik at man kan produsere biomasse uten å måtte holde jorda tørr, sier han.
Lokale variasjoner kan endre klimaregnskapet
Forskerne fant store forskjeller i utslipp innenfor det samme forsøksfeltet. Noen områder tok opp CO₂, mens andre hadde høye utslipp.
– Slike lokale forskjeller kan få stor betydning for nasjonale klimaregnskap og hvordan tiltak utformes, fordi én standard utslippsfaktor ikke nødvendigvis treffer virkeligheten overalt, sier Zhao.
– Resultatene fra feltforsøket viser at det er behov for flere detaljerte målinger og mer presis styring av vannstanden i praksis, spesielt der jorda og driftsforholdene varierer mye fra sted til sted.
Kontaktperson:
Junbin Zhao, NIBIO
Forsker – Divisjon for miljø og naturressurser
Kontorsted: Ås – Bygg H8
Les mer:
English text
Higher water levels could turn cultivated peatland in the North into a CO2 sink
A two‑year field experiment carried out in the world’s northernmost cultivated peatland, located in Pasvik in Finnmark, shows that greenhouse gas emissions can be greatly reduced by raising and maintaining the water table at 25–50 centimetres below the soil surface.
In its natural state, peatland is one of the largest carbon stores in the natural world. This is because the soil is so waterlogged and oxygen-deprived that dead plant material breaks down very slowly. The plants do not fully decompose; instead, they accumulate over thousands of years, forming thick layers of peat.
When a peatland is drained for agricultural use, the water level drops, allowing oxygen to enter the peat layer. Microorganisms can then break down the old plant material much faster, releasing carbon that has been stored for many years as the greenhouse gas carbon dioxide (CO₂).
Well‑studied in the South, but not in the North
Since the 1600s, large peatland areas in Europe and the Nordic region have been drained, and many studies have investigated how drainage and changing water levels influence greenhouse gas emissions.
However, there is little knowledge from the northernmost drained peatlands, where the climate is characterised by low temperatures, long, light summer nights, and short growing seasons.
“From studies in warmer regions, we know that raising the groundwater level in drained and cultivated peatland often reduces CO₂ emissions, because the peat decomposes more slowly,” explains NIBIO researcher Junbin Zhao.
“At the same time, wetter and low‑oxygen conditions can increase methane, since the microbes that produce methane thrive when there is almost no oxygen in the soil.”
Under certain conditions, nitrous oxide emissions may also rise. This happens when the soil is moist but not fully waterlogged, so that nitrogen breakdown stops halfway and produces nitrous oxide instead of harmless nitrogen gas.
“Because each greenhouse gas reacts differently to changes in water level, one gas can go down while another goes up. That’s why it’s important to look at the overall gas balance,” says Zhao.
“We need to measure CO₂, methane, and nitrous oxide at the same time and throughout the whole season to understand the real net effect in the northernmost agricultural areas.”
Two‑year field trial in the Pasvik Valley, Finnmark
In 2022 and 2023, Zhao and colleagues conducted an extensive field trial at NIBIO’s station at Svanhovd in the Pasvik Valley in Northern Norway. Automatic chambers measured CO₂, methane, and nitrous oxide emissions several times a day throughout the growing season.
“The experiment included five plots that together reflected typical management conditions found in a drained agricultural field – with different groundwater levels, different amounts of fertiliser, and different numbers of harvests per season,” Zhao explains.
The researchers wanted to answer three questions:
- Can raising the groundwater level make a cultivated Arctic peatland close to climate‑neutral?
- Does the water level affect soil CO₂ emissions more than it affects plant CO₂ uptake?
- How do fertilisation and harvesting influence the total climate balance?
High water levels reduced emissions
The results showed that when the peatland in Pasvik was well drained, it emitted large amounts of CO₂, about the same as other cultivated peatlands further south.
However, when the groundwater was raised to 25–50 cm below the surface, emissions dropped sharply.
“At these higher water levels, methane and nitrous oxide emissions were also low, giving a much better overall gas balance. Under such conditions, the field even absorbed slightly more CO₂ than it released,” says Zhao.
High groundwater in cultivated Arctic peatland may therefore be an effective climate measure.
“Our findings are especially interesting because emissions were measured continuously around the clock. This meant we captured short spikes of unusually high emissions and natural daily fluctuations, details often missed when measurements are taken only occasionally.”
Works best in cold climates
When groundwater levels are high, the soil becomes wetter and oxygen levels in the root zone decline. Under these conditions, plants are less active and take up less CO₂.
Even so, the total CO₂ emissions decrease in the field.
“This is because wet conditions mean that the field needs less light before it starts to absorb more CO₂ than it releases. When this threshold is reached earlier in the day, you get more hours with net carbon uptake,” Zhao explains.
“Our calculations show that this effect is especially strong in the north, due to the long, light summer nights. These provide many extra hours where the system remains on the positive side, which can increase total CO₂ uptake significantly.”
Temperature, however, proved to be a key factor. The researchers found that when soil temperatures rose above about 12°C, microbial activity increased.
“At higher temperatures, microorganisms break down organic material faster, and both CO₂ and methane emissions rise,” says Zhao.
“This means that the effect of high water levels is greatest in cool climates — and that future warming could reduce the benefit. In practice, this means water levels must be considered together with temperature and local conditions.”
Fertilisation and harvesting: balancing production and carbon
Fertilisation and harvesting also affected the climate balance. When the researchers applied more fertiliser, the grass grew better.
“More fertiliser produced more biomass but did not lead to noticeable changes in CO₂ or methane emissions in our experiment,” says Zhao.
Harvesting, however, had a clear effect. When the grass was cut and removed, carbon was removed from the system because plants store carbon as they grow.
“If harvesting is very frequent, more carbon can be taken out than is built up again over time. The peat layer may gradually lose carbon even when water levels are kept high,” Zhao explains.
He says it is therefore important to consider water level, fertilisation, and harvesting strategy together. Measures that reduce emissions in the short term may reduce carbon storage in the long term, thereby weakening soil health.
“One solution could be paludiculture, i.e., growing plant species that tolerate wet conditions so that biomass can be produced without keeping the soil dry.”
Local variations can alter the climate balance
The researchers found large differences in emissions within the same field. Some areas absorbed CO₂, while others released large amounts.
“Such local variation can greatly influence national climate accounting and how measures are designed, because one standard emission factor may not reflect reality everywhere,” Zhao says.
“The results from our study show a clear need for more detailed measurements and more precise water‑level management in practice, especially where soils and farming conditions vary significantly between locations.”