Markens egenskaper

Marken har olika egenskaper: biologiska, fysikaliska och kemiska. Alla dessa påverkar markens förmåga att utföra en mängd olika uppgifter, som till exempel att lagra kol, rena vatten och upprätthålla biologisk mångfald.

De olika egenskaperna i marken påverkar varandra i hög grad. Till exempel har mängden organiskt material, dvs mullhalten, en betydande effekt på markens biologiska, fysikaliska och kemiska egenskaper(5).

Markens biologiska egenskaper

Biologiska faktorer som påverkar marken är bland annat växtrötter och rotutsöndringar, markorganismer, mikrober och organiskt material. Växter och djur producerar organiskt material som formas och bryts ned av markorganismer.

De biologiska faktorerna bidrar till att markens ytskikt förvandlas till levande matjord. Markens biologiska egenskaper är en följd av de levande organismernas processer.

Markorganismerna har ett antal grundläggande behov: skydd, föda, vatten, syre och utrymme. Marken skyddar organismerna från till exempel temperaturväxlingar och torka. Porerna skyddar små organismer från större rovdjur och bakterier kan klamra sig fast på partikelytorna för att inte sköljas bort. Organismernas föda består av organiskt material.

Tillräcklig fuktighet är viktigt för alla organismer, men för mycket fukt kan leda till skadlig syrebrist. Vatten och luft behöver utrymme för att kunna flöda i marken, men utrymmet är också viktigt för organismerna. I tät mark finns inget utrymme för rötterna att växa, vilket leder till att utvecklingen av rotsystemet försämras. När de grundläggande behoven uppfylls ger markens biologiska faktorer i gengäld god jordhälsa, aggregatstabilitet, näringstillförsel, markstruktur, växthälsa och kolbindning.

Organiskt material, som består av växt- och djurrester samt levande och döda mikrober, spelar en viktig roll både för växternas tillväxt och kolinlagring.

Halten av organiskt material kan med rätta betraktas som en avgörande beståndsdel i marken. Det påverkar odlingsegenskaperna genom att förbättra markstrukturen, markens vattengenomsläpplighet och förmåga att hålla kvar vatten och näringsämnen, samt dess förmåga att fungera som en buffert mot förändringar i pH.

Bild 4. Inverkan av det organiska materialet Bild enligt källa 10.

Organiskt material spelar en central roll i regenerativt jordbruk, där målet är att förbättra markens funktionsförmåga och jordhälsa. Eftersom organiskt material binder vatten flera gånger sin egen vikt, förhindrar det torka och jämnar ut temperatursvängningar. God vattengenomsläpplighet minskar igenslamning och erosion. Åkermarker som är rika på organiskt material, har god jordhälsa och är biologiskt aktiva erbjuder utmärkta arbetsförhållanden, inte bara för jordbrukaren utan också för mikroorganismer och olika daggmaskar, maskar och leddjur. De biologiska faktorerna bidrar till att markens övre skikt bildar levande matjord.

Bild 5. Daggmaskarna utgör den mest synliga delen av markorganismernas färggranna skara. Det lönar sig att observera deras förekomst i åkermarken eftersom mängden daggmaskar är ett tecken på god jordhälsa. Bild: Eliisa Malin.

Det finns olika sätt att öka det organiska materialet i åkern. Ett sätt är att använda olika typer av biomassa, som till exempel gröngödslingsvall, som tillsätts i marken. Alternativt kan man också tillsätta färsk eller förädlad stallgödsel samt jordförbättringsmedel. Dessa består oftast av kompost och biprodukter från pappers- och cellulosaindustrin. Också vallar, växter med djupa och rikliga rötter och en planerad växtföljd ökar mängden organiskt material i åkermarken.

Det är också viktigt att se till att det organiska materialet stannar i marken, alltså att förhindra att det organiska materialet bryts ned till koldioxid.

Tilläggsmaterial: Se professor Kristina Lindströms föreläsning om markens mikrober.

Case study

Förhållandet mellan kol och kväve påverkar frigörelsen av kväve

Åkermarkens naturliga kol-kväve förhållande är vanligtvis 10–16:1. De små arbetarna i marken behöver också kol och kväve i ett visst förhållande för att bryta ned organiskt material.

Kol-kväveförhållandet av organiskt material som hamnar i marken påverkar nedbrytningen av organiskt material, eftersom markorganismer använder kol i sin energiproduktion och kväve för att bygga upp sina celler.

Mikroorganismerna behöver en mängd kol som är 25 gånger större än mängden kväve. Om det finns mer kol i förhållande till kväve, binds kvävet i mikroorganismerna och frigörs för växternas bruk så småningom. Finns det mindre kol, kan det leda till att det finns mera kväve än mikroorganismerna kan förbruka. I sådana fall kan kvävet antingen användas av växterna eller frigöras i marken, varifrån det kan urlakas i vattendragen eller friges i atmosfären.

Bild 6. En ökning av mullhalten påverkar positivt mängden kväve som frigörs för växternas bruk. Bild från källa 11.

Markorganismerna är gratis arbetskraft

Under stövelavtrycket lever otaliga markorganismer av vilka en del är synliga med bara ögat och en del mikroskopiskt små. Daggmaskar, spindlar och gråsuggor är några av de mer synliga arterna, medan protozoer, svampar och bakterier utgör en osynlig men mycket talrik grupp.

Bild 7. Under en stövel i storlek 42 finns en mängd markorganismer. Bild från källa 12.

Markorganismerna lever i de olika skikten i marken och rör sig på olika sätt. Daggmaskarna kan gräva sig djupt ner, organismer med ben tar sig fram där det finns utrymme för dem mellan markaggregaten, och de encelliga samt rundmaskarna simmar omkring i markvattnet. De några centimetrarna som utgör markens ytlager är det mest livliga skiktet, men det finns också liv på flera meters, till och med kilometers djup(6). Bekanta dig närmare med olika organismer i artikeln Undersök livet i marken.​

De mest talrika av de osynliga arbetarna i marken består av encelliga bakterier, bakterieliknande arkéer, trådformiga mikrosvampar och encelliga svampar, alltså jäst. Vissa svampar kan tillsammans med växter bilda en mykorrhiza, eller svamprot, vilket har stor betydelse för växterna och livet i marken. Växten och svampen lever i symbios tack vare mykorrhizan: svamparna frigör, samlar upp och transporterar näringsämnen effektivt och får assimilationsprodukter i utbyte av växten. Mykorrhizan gör växtens rotsystem större och effektivare.(13)

Markorganismerna är viktiga när de lever, men också när de dör. Studier har visat att död svamp- och bakteriemassa utgör en betydande del av markens permanenta kol. På basen av dessa resultat har man framfört att det finns en så kallad mikrobiell kolpump i marken som bryter ner organiskt material och främjar kolinlagringen(14).

Jag är tränaren och åkrarna är spelare i mitt lag

–Jordbrukaren Tommi Hasu, Gården Luomu Mattinen, Kouvola

Bild 8. Tommi Hasu på gården LuomuMattinen i Kouvola är van vid att kontrollera skicket i åkrarna regelbundet. Bild: Eliisa Malin.

Läs mer om gården LuomuMattinen och Tommi Hasus tankar​

Växter och djur bildar ett interagerande nätverk, markens näringsnätverk, där energi och näringsämnen cirkulerar. Varje art har sin specifika uppgift i nätverket. Tillsammans bearbetar de marken och förbättrar dess struktur, lagrar kol och förser växter med näringsämnen. Mångfalden och mängden markorganismer hjälper till att bekämpa växtsjukdomar och skadedjur.

Bild 9. Markens näringskretslopp.

Markens näringsnätverk kan jämföras med ekosystemet på vår planet. Bägge systemen kräver balans, annars fungerar inte de livsviktiga processerna felfritt. Ifall någonting hamnar i obalans, uppstår problem som på lång sikt påverkar allt.

Om exempelvis rundmaskarnas levnadsförhållanden blir för ensidiga, kan mängden nematoder bli för stor. Odlaren kan då råka ut för stora förluster, och globalt sett kan de minskade skördarna leda till ekonomiska förluster på upp till hundra miljarder euro. Genom att diversifiera växtföljden och främja rundmaskarnas artrikedom hålles nematoderna i schack. På så sätt kan man skydda vete, jordgubbar och potatis.(15)

Bild 10. Markorganismernas uppgifter. Bild enligt källa 10.

Den biologiska mångfalden i marken är en central faktor i stävjandet av klimatförändringen och anpassningen till den. Den förbättrar åkerns bördighet och hjälper därmed till att lagra kol, hindra erosion och öka skördesäkerheten. Jordbrukarens främsta uppgift är att förståndigt sköta om sin arbetskraft i marken. Som en brukare av jorden.

Markorganismerna återvinner ämnen, som är bundna till växt- och djuravfall, tillbaka till naturens kretslopp. När organismerna modifierar och bryter ned organiskt material, förändras materialets egenskaper och dess näringsämnen kan upptas av växter.

Markorganismerna luckrar upp, transporterar, bryter ned materialet och använder det som föda. Till exempel kan daggmaskar årligen producera upp till tiotals ton maskgödsel per hektar – helt gratis. Mängden motsvarar ett några millimeter tjockt lager av näringsrik åkermark.

Bakterier och svampar utsöndrar slemämnen, som förstärker markens aggregatstruktur.

Organiskt material som modifierats av markorganismer kan hållas kvar på ytorna av olika partiklar i marken(14). Det organiska materialet som fastnat på partikelytor binder samman markpartiklar och främjar aggregatbildning. Organiskt material som finns inne i markens aggregat är skyddade från vidare nedbrytning. Därtill reglerar organismernas biologiska aktivitet växthusgaser och bevarandet av organiskt material i marken(16).

En ökning av mikrobiell biomassa främjar kolinlagringen. Markens permanenta kol består av död mikrobiell biomassa som är bundet till mineralernas yta eller som ligger innanför grynstrukturen, där den skyddas från nedbrytning(4).

Bild 11. Åkerns aktiva mikroorganismer bryter ned organiskt material snabbt. Här har markorganismernas aktivitet testats genom att begrava ett par bomullskalsonger i åkern i några veckor. Bild: Eliisa Malin.

Mykorrhizor eller svamprötter hjälper växterna med att utveckla markens bördighet. Svamprötterna bildar en symbios mellan växten och svampen. Det finns vanligtvis alltid glomeromycota, eller mykorrhitzasvampar i de finska åkermarkerna, men deras antal och arter varierar.

Hur mykorrhizan fungerar beror alltid på omständigheterna. De flesta växter ingår ett symbiotiskt förhållande med svampen genom att låta svampens myceler växa runt växtens rötter samt in i och mellan rotcellerna. Svampen får näring av växten i form av assimileringsprodukter. Svampens mycel utökar växtens rotsystem genom att växa sig längre än rothåren på växten och genom att komma åt mindre porer än rothåren. Detta förbättrar växtens närings- och vattenupptagningskapacitet.

Bild 12. Arbuskulär mykorrhiza. Bild enligt källa 16.

Svampar upptar till exempel fosfor från marken och löser upp det och gör det växttillgängligt. Svampmycel står för transporten av flera andra näringsämnen till växterna, såsom magnesium, zink, koppar, kalcium, järn och vatten. I utbyte får svamparna kolhydrater som bildats från växternas assimilation. Mykorrhizan kan också skydda växten från stressfaktorer såsom torka, marksurhet, sjukdomar, skadedjur och tungmetaller.

Det uppskattas att mer än 90 procent av alla växter bildar svamprötter. Av grödorna fattas svamproten huvudsakligen endast från korsblommiga växter och mållor. Kvävefixerande växter är i synnerhet effektiva med att bilda svamprotsymbioser.

Det finns två olika typer av mykorrhizasvampar: yttre ektomykorrhizor och endomykorrhizor som växer in i växtrötterna. Slemämnena, som utsöndras på endomykorrhizasvampens yta, fungerar som ett lim: de binder samman jordpartiklar, organiskt material, växtrester, bakterier och svampar till jordaggregat.(16)

Svamparna spelar också en viktig roll i produktionen av matjord. Nedbrytarsvampar, eller saprofyter, är en del av markens näringskedja. Markpackning och olika störande mekaniska eller kemiska ingrepp försvårar tillväxten för nyttiga svampar och bereder således utrymme för patogener. En mark i gott skick innehåller en riklig mängd olika mikrober, som till exempel bakterier, svampar, arkéer och protozoer. Tack vare dem finns det mindre utrymme ock konkurrensmöjligheter för växtpatogener. Detta minskar behovet av kemiskt växtskydd.(16)

Markens fysikaliska egenskaper

Markens fysikaliska egenskaper påverkas primärt av kornstorleksfördelningen i jorden och av markstrukturen. Kornstorleksfördelningen beskriver mineralpartiklarnas fördelning i olika storleksklasser (Tabell 1).

Tabell 1. Kornstorleksfördelningen och namnen på jordarterna

Markstrukturen formas av fasta partiklar, dvs. de minerogena beståndsdelarna, och organiskt material som bildar olika strukturer tillsammans med porutrymmena mellan dem.

De minsta partiklarna i marken är lera, och har alltså en diameter under 0,002 mm. Lera har en betydande effekt på flera markegenskaper, såsom vatten- och näringsabsorbering och kolinlagring. Effekterna beror särskilt på partiklarnas minimala storlek, men också på de reaktiva ytorna.

När markstrukturen bildas fungerar markpartiklar i olika storlekar som byggstenar. Tillsammans med organiskt material, rötter, bakterier och svampmycelernas slem bildar dessa partiklar markaggregat. Lerhalten i marken påverkar på vilket sätt aggregatstrukturen formas, speciellt i grova och organiska marker, vars aggregatbildning är porös(19).

I Finland varierar jordarterna och klimatförhållandena i olika delar av landet, vilket påverkar jordbrukarens arbete. Till exempel i ler- och mjäljordar packas marken lätt, och det kan vara svårt att åtgärda markpackningarna. Markpackningen försvagar också vattenhushållningen, bördigheten och den biologiska aktiviteten i marken.

Bild 13. Den dominerande jordarten i matjorden Markkarteringstjänstens insamlade material (Resultatmagasin, tuloslaari.fi) från år 2011–2015 och torvjordarnas andel år 2005–2009 i det insamlade materialet(20). Den mest allmänna jordarten i de finska åkrarna är mineraljord, men ju längre norrut man kommer, desto vanligare blir de organogena jordarna.

Klassificering av jordarter och odlingsegenskaper

Mineraljordar namnges efter kornstorleken. Jordarterna motsvaras av mineralpartiklarnas storleksklasser (tabell 1). Organiska jordarters klassificering baseras på mängden och kvaliteten av organiskt material.

Innan kornstorleken undersöks, delas mineraljordarna upp i osorterade och sorterade jordarter. Morän är den mest allmänna jordarten i Finland och den klassificeras som osorterad eftersom den består av en blandning av nästan alla kornstorlekar. Sorterade jordar klassificeras efter jordart i grova jordar, dvs. grus, sand och grovmo och i fina jordar dvs. finmo, mjäla och lera.

Jordar vars mullhalt, alltså innehåll av organiskt material, överskrider 20 % kallas organiska jordarter. Jordar vars koncentration av organiskt material överskrider 40 % kallas torvjordar.

Vid markkartering bestäms jordtypen sensoriskt. För en mer exakt definition utförs mekanisk markanalys i laboratorium och jordarten bestäms med hjälp av jordartstriangeln (bild 14).

Bild 14. Jordartstriangeln används för att namnge jordarterna i Finland. Först måste jordarten i jordprovet bestämmas med hjälp av en mekanisk jordanalys. Definieringsarbetet börjar från sidan som indikerar lerhalten. Triangeln visar att redan en lerhalt på 30% räcker till för att definiera en jordart som lerjord. Bild enligt källa 5.

Jordarter och odlingsegenskaper:

Sand och mojordar är luftiga och har en lucker struktur, men de kan inte hålla kvar näringsämnen och vatten i större utsträckning. Sandjord är fattigt på näringsämnen och det är känsligt för torka. Det uppstår ingen tjäle i sandjord. Det torkar lätt, och vattnets kapillära stigning är dålig. Mojord är däremot väl lämpat för växtproduktion på grund av dess fysikaliska egenskaper. Vattnets kapillära stigning är speciellt god i finmo. Vattnets kapillära stigning är ett fenomen där vatten binds till porväggarna och lyfts på så sätt upp från grundvattenzonen till jordytan.

Lättlera klassificeras som sin egen jordart inom jordbrukets klassifikationssystem. Den hamnar utanför klassificeringen någonstans mellan mo och mjäla. Vattnets kapillära stigning är snabb.

Mjäla har dåliga fysikaliska egenskaper för växtproduktion. Mjäla slammar och bildar skorpa lätt, vilket hindrar växternas groddar från att komma upp ur jorden. Mjäla är avsevärt mer känsligt för erosion än jordarter som innehåller sand och lera. En stabil aggregatstruktur minskar risken för igenslamning och skorpbildning. I mjäljordar uppstår små porer som håller kvar vatten och hindrar en alltför snabb urlakning.

Lerjordarnas lerpartiklar har en stor specifik yta, dvs. en stor yta i förhållande till sin vikt. Lerpartiklar har också många ytor som binder vatten, näringsämnen och organiskt material. Vatten och luft rör sig långsamt i lerjord eftersom porerna mellan lerpartiklarna är små och porsystemen som bildas av dem blir komplexa. När lerpartiklar bildar jordaggregat blir markstrukturen mer lucker, vilket underlättar vattnets och luftens rörelser i marken.

Organogena jordar bildas när nedbrytningen av växtmaterial i marken är långsammare än ansamlingen av växtmaterial. Förhållanden som gör nedbrytningen långsammare är väta och kyla. De organiska jordarnas kolutsläpp är stora, eftersom det organiska materialet som ackumulerats i dem under årtusenden bryts ned i och med markanvändning.

Fysikalisk markbördighet är en term som används för att beskriva markstrukturen och markens syre- och vattenhushållning.

Problemen i den fysikaliska markbördigheten visar sig ofta som problem i den kemiska markbördigheten, alltså som brist på näringsämnen. Växterna får inte tillräckligt med näringsämnen eftersom marken är packad eller lider av dålig dränering.(21)

Bild 15. Det enklaste sättet att få information om den fysikaliska markbördigheten är att observera matjorden och växtligheten. Det lönar sig också att gräva gropar och se hur marken ser ut under ytan. Det är viktigt att sensoriskt observera de egna åkrarna för att kunna bilda sig en uppfattning om markens bördighet. Bara genom att se på åkrarna och känna på markstrukturen kan man få mycket information om eventuella problem med vattenhushållningen och markstrukturen. På basis av dessa observationer kan man till och med klassificera åkerskiften. Observationerna kan också ge en uppfattning om behovet av noggrannare mätningar. Bild: Eliisa Malin.

Markens kemiska egenskaper

Det sker kemiska reaktioner mellan olika grundämnen i marken. Kemi spelar därför en mycket viktig roll när det gäller markegenskaper, eftersom till exempel näringsämnen är grundämnen.

Berggrunden består av olika bergarter. Bergarter i sin tur består av olika mineraler, som är markens utgångsmaterial. Stenmaterialets mekaniska finfördelning kallas fysikalisk vittring. När den kemiska sammansättningen av mineraler förändras, handlar det om kemisk vittring. De mineraler som bildas som ett resultat av vittring kallas lermineraler. Markens mineraler kallas också för dess minerogena beståndsdelar.

Varje mineral har sin egen kemiska sammansättning. Markens egenskaper formas också således av mängden och kvaliteten av olika mineraler. Ur mineralerna i marken frigörs joner som växter använder som näringsämnen. På detta sätt påverkar mineralerna markbördigheten direkt. Den finska berggrunden består huvudsakligen av sura bergarter, så vår mark är naturligt sur.

Mineralernas kemiska sammansättning avgör också hurdana reaktioner som förekommer på mineralpartiklarnas ytor. De viktigaste reaktionerna i marken är näringsämnenas bindning på partiklarnas ytor. Typen och antalet ytor som binder näringsämnen, avgör markens förmåga att lagra näringsämnena från gödselmedlen och organiskt material.

Bild 16. En spade jord. Bild: Sanna Söderlund.

Termen för markens förmåga att binda och avge näringsämnen kallas katjonbyteskapacitet. Ju mer finfördelad markstrukturen är, desto större förmåga har den att binda näringsämnen. Också mängden organiskt material ökar katjonbyteskapaciteten. Då marken har en hög mullhalt fungerar den som ett batteri laddat med näringsämnen.

Markens kemiska bördighet kan undersökas med hjälp av markkartering och räknare för katjonbyteskapacitet. Det finns en räknare här.​

Då man undersöker markbördigheten lönar det sig inte att spara på pengar eller ansträngningar, eftersom det mest informativa resultatet uppnås genom att samla jordprover noggrant, utan att förbise delproverna.

I allmänhet bör grundanalysen kompletteras med en omfattande bestämning av spårämnen och glödgningsförluster. Glödgningsförlust indikerar mängden organiskt material i marken. Det är också möjligt att undersöka lagrade näringsämnen i matjord och alven.

Bild 17. Katjonbyteskapacitet. Bild enligt källa 22.

Katjoner är positivt laddade joner och anjoner är negativt laddade joner. Joner kvarhålls på jordpartiklarnas ytor genom elektrisk attraktion. Exempel på katjoner som finns i marken är kalcium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺) och kalium (K⁺). De är alla viktiga grundämnen för växtnäring. Den vanligaste katjonen i marken är kalcium, som också bidrar till markens struktur.

Katjonbyteskapaciteten hjälper oss också att förstå markens försurning. När marken försuras, ersätts näringskatjonerna på partikelytorna av vätejoner. Då urlakas näringskatjonerna och kan inte längre användas av växterna.

Bild 18. Bild enligt källa 22.

Markens surhet är kanske den mest kända kemiska egenskapen i marken. Surheten i marken reglerar reaktionerna och egenskaperna i marken samt förhållanden mellan dem. För att få reda på surheten i marken mäter man pH-värdet, antingen i laboratorium eller med pH-remsor som finns tillgängliga i apotek och trädgårdsaffärer.

Bild 19. En förenklad modell av faktorer som inverkar på marksurheten. För att bibehålla den elektriska balansen måste växter utsöndra joner med samma tecken när de upptar näringsämnen från jorden. När växter tar upp katjoniska näringsämnen från marken och utsöndrar ömsesidigt positivt laddade vätejoner (H⁺), sjunker pH och det bildas surhet i marken. En del katjoner försvinner permanent från marken vid skörden. Å andra sidan kan vissa katjoner återvända till marken med växtrester. Man kan minska marksurheten, dvs. höja pH-värdet, med hjälp kalkningsmedel. Kalkningsmedel frigör hydroxidjoner (OH⁻), som neutraliserar H⁺-joner genom en kemisk reaktion som bildar vattenmolekylen H₂O. Bild enligt källa 23.

Många olika faktorer påverkar markens surhet. Marken surhet ökar till exempel på grund av växtrötternas katjonupptagning samt vid mikrobers och växtrötters andning. Däremot kan man minska markens surhet genom att tillsätta kalkningsmedel och organiskt material.

Idealt är att åkermarkens pH är 6,1–6,5 för mineral- och mulljordar, och 5,5 för torvjord, dvs. en aning surt. För sur jord ökar urlakningen av vissa näringsämnen och försämrar därmed markbördigheten. Vissa växtnäringsämnen är selektiva då det kommer till markens pH-värde. Ifall pH-värdet inte är passligt kan det hända att näringsämnena inte frigörs från partikelytorna och då kan växterna inte använda dem.

Surheten reglerar också de biologiska processerna i marken. Svampar trivs bättre än bakterier i sur mark, vilket gör att näringsämnen i organiskt material frigörs långsammare. Dessutom försämrar surheten den biologiska kvävefixeringen och aktiviteten hos de slemproducerande bakterierna som upprätthåller aggregatstrukturen.