Sten og grus i danske skovjorde – Københavns Universitet

Dato: 26-06-2015 | Videnblad nr. 04.03-11 Emne: Jordbearbejdning

Sten og grus i danske skovjorde

– betydning for vurdering af puljer af næringsstoffer og kulstof

Vurdering af jordkvalitet, fx med henblik på bæredygtig biomasseudnyttelse, indebærer ofte beregninger af mængden af tilgængelige næringsstoffer i skovøkosystemet og potentialet for yderligere frigivelse fra jordbundens mineraler. Stenindholdet har betydning for estimeringen af nærings- og kulstofpuljer i skovjorde.

Foto: Ingeborg Callesen

I moræneaflejringer findes sten bestående af bjergarter, der langsomt forvitrer. Her ses en stærkt forvitret ’rådden’ krystallinsk sten med lyserøde og sorte, kaliumholdige mineralkorn. Nederst ses en blød klump kalk, der efterhånden helt opløses og udvaskes som kalcium-ioner og bikarbonat. Jordprøven stammer fra Sydsjælland, hvor morænen ofte er kalkholdig i de dybere lag.

I Videnblad 4.3-10 kan man læse om stenindholdet i skovjorde, både de nuværende og de opdyrkede, baseret på tilgængelige data fra Den Danske Jorddatabase. I dette Videnblad beskrives stenenes type og deres grad af forvitring.

Forvitring af sten
Sten i jorden er udsat for fysisk og kemisk forvitring på grund af frost og tø, samt syredannende processer i jordbunden. Bjergarterne og deres mineraler har meget forskellig modstandskraft mod forvitring, og derfor vil de have forskellig tilstand – fra uforvitret til stærkt forvitret (’rådden’).

Overjordens sten beskrives oftest som uforvitrede eller stærkt forvitrede, som tegn på at det er modstandsdygtige og/eller stærkt nedbrudte sten, der findes her, mens underjorden indeholder en blanding af både forvitrede og uforvitrede sten, afhængig af den geologiske oprindelse (Tabel 1).

Tabel 1. Stenenes tilstand og type. Bl.m/u. kalk er sten af blandet type med/uden kalk.
Stenenes tilstand (forvitringsgrad)
Procentdel af sten i klasser Uforvitret Forvitret Stærkt forvitret Blanding
Moræneaflejringer 49 4 2 45
Smeltevandsaflejringer 86 1 0 12
Andre 74 2 0 24
Stenenes type
Procentdel af sten klasser Flint Krystallinsk Bl. u. kalk Bl. m. kalk
Moræneaflejringer   3 2 80 14     
Smeltevandsaflejringer   4 2 90 4     
Andre   6 9 73 12     


Mineralerne vil ved fortsat forvitring ende som mindre partikler af lerstørrelse (<2 µm), der omdannes til lermineraler eller helt opløses og indgår i de biogeokemiske kredsløb. De grundstoffer, der findes i mineralerne, frigives på denne måde til skovøkosystemets næringskredsløb. Det skal dog understreges, at forvitringsprocessen er ekstremt langsom for de fleste mineraler i jordbunden.

I moræneaflejringer er stenene i jordprofilerne oftest både forvitrede og uforvitrede og af forskellig geologisk oprindelse, dvs. både fra bjergarter indeholdende krystallinske mineraler (fx granit, og i metamorf form gnejs; flint) og sedimentære sten (fx sandsten og kalksten). Indblanding af kalksten ses oftest på moræneaflejringer, hvor kridttidens aflejringer er tæt på overfladen, fx i Sydøstdanmark, Djursland, omkring Limfjorden og i Thy.

Grusaflejringer
Foran de yngste israndslinjer i landskabet fx Ussings linje (hovedopholds­linjen) og den Harderske israndslinje i Sen Weichsel, kan de øverste jordlag indeholde betydelige mængder grus og mindre sten, fordi sedimenterne her kan være afsat i stærkt strømmende vand. Dette er dog kun sjældent observeret i Jordprofilbasen. Kun 1.4 % af 800 horisonter indeholder mellem 20 % og 40 % grus (se Tabel 2).

Grusklasse Frekvens Procent Kumulativ frekvens Kumulativ procent
0 - 0,5 % 454      57,0     454 57,0             
0,5- 1 % 45      5,6     499 62,7             
1 - 2 % 65      8,2     564 70,9             
2 - 3 % 52      6,5     616 77,9             
3 - 4 5 35      4,4     651 81,8             
4 - 5 % 23      2,9     674 84,7             
5 - 10 % 67      8,4     741 93,1             
10 - 15 % 29      3,6     770 96,7             
15 - 20 % 13      1,6     783 98,4             
20 - 40 % 11      1,4     794 99,8             
> 40 % 2      0,3     796 100,0             

Stenindhold som fejlkilde
Stenindhold i jord bestemmer den mængde finjord, som danner grundlag for mængdeberegninger af jordens lagre af kulstof, kvælstof og nærings­stoffer, fx med henblik på vurdering af bæredygtig udnyttelse af biomasse og Kyoto rapportering af jordens kulstoflagre. Finjord er den jord, som kan passere en 2 mm sigte.

Ofte korrigeres jordvolumenet ikke for stenindhold i sådanne beregninger i Danmark, da stenindholdet antages at være meget lavt på grund af indsamling og udnyttelse af marksten, men der findes ikke mere præcise nøgletal for stenindhold. Grus og stenvolumen bør ekskluderes i stenede jorde, da puljeberegningerne relaterer sig til koncentrationer målt i finjorden. Der er intet organisk kulstof eller kvælstof knyttet til grus og sten, og de større stens bidrag til næringsstofpuljen er formodentlig ubetydelig.

Når man opgør kilder til systematiske fejl og usikkerheder, bør stenindholdet ses i sammenhæng med øvrige bidrag til fejl og usikkerheder.

Anvendelse af viden om stenindhold, type og tilstand
Mængdeberegninger for næringsstoffer og andre elementer, fx kulstof og kvælstof gennemføres for pedologiske horisonter eller faste dybder, afhængig af samplingsmetode ved hjælp af udtrykket:

Pulje =[koncentration] x volumenvægt x jordvolumen

Her bestemmes koncentrationen som en vægt eller mængde per vægtenhed tør finjord, mens volumenvægt også bestemmes som vægt af et fast jordvolumen i naturlig lejring, hvor vægt og volumen af sten og grus er trukket fra. Vi viser her en beregning, hvor det antages, at der er 2,5 % sten og 2,5 % grus i jorden. I alt reduceres finjordens volumen med 5 %.

Overestimering af C, N og P
Når man ikke tager højde for indholdet af sten i sin mængdeberegning, overestimeres kulstoflageret med op til 3 t C, kvælstoflageret med op til 0.15 t N og fosforpuljen med op til 22 kg i 80 % af overjordene og 73 % af underjordene ved de nævnte koncentrationer. I de øvrige tilfælde vil fejlen være større. Indholdet af sten er dermed en væsentlig faktor i mængdeberegninger af kulstof og næringsstofpuljer. Da den visuelle bedømmelse ikke tillader større præcision end de angivne klasser, kan puljerne heller ikke angives mere nøjagtigt.

Indholdet af sten og grus bidrager til bl.a. fosforfrigivelsen på morænejordene, hvor forvitrede sten forekommer hyppigst. Sten kan derfor ses som små bidrag til puljerne af næringsstoffer på disse lokaliteter, men frigivelsen går bare ekstremt langsomt.

Beregning
Eksempel for en hektar overjord på 25 centimeters tykkelse, hvor kulstofindholdet er målt som en vægtprocent af jordens indhold af finjord (<2 mm):
Kulstofpulje (C), t ha-1 = 2% kulstof (C) x 1,2 t m-3 x 0,25 m x 100 m *100 m x (100%-(sten%+grus%))
= 2% C x 3000 t jord ha-1
= 60 t C ha-1 ved 0% sten, men 57 t C ha-1, ved 5% sten og grus)
Kvælstofpulje, (N), t ha-1 = 0,1% kvælstof (N) x 3000 t ha-1
= 3 t N ha-1 (men 2,85 t N ha-1 ved 5% sten og grus)
Fosforpulje, (P), kg ha-1 = 0.015% fosfor (P)* x 3000 t ha-1 x 1000 kg t-1 = 450 kg P ha-1 (men 428 kg P ha-1 ved 5% sten og grus)

*0,015% P svarer til 150 mg kg-1 eller et fosforsyretal (Ft) på 5, hvilket er normalt i en ugødsket lerjord (Callesen og Vejre 2010).


Litteratur
Larsen, G. 2012: Kapitel 3 Jordens opbygning. Naturen i Danmark, bind 2 Geologien. 2. udgave. Gyldendal ISBN 978-87-02-13301-1. Side 41-54.



Videnblad nr.: 04.03-11
Forfattere: Ingeborg Callesen og Mogens Humlekrog Greve, Aarhus Universitet