Markmekanik och jordbearbetning

Användning av maskiner inom jordbruk, skogsbruk och byggnation kan orsaka markpackning när de mekaniska belastningarna överstiger jordens hållfasthet. Konsekvenser av markpackning inkluderar minskad växtproduktion, lägre kolinlagring i marken, sämre vatteninfiltration och -magasinering, samt potentiellt ökade utsläpp av växthusgaser. Markpackning kan ske på några sekunder, men återhämtningen kan ta årtionden – därför är det av högsta prioritet att undvika markpackning.

Vår forskning syftar till att förbättra beskrivningen av jordens mekaniska beteende för att kunna bidra till hållbara markanvändningsmetoder som minimerar packningsrisker. Vi genomför marktrycksmätningar i fält för olika kombinationer av maskiner och markförhållanden för att bättre förstå hur mekaniska spänningar (tryck) sprids i marken. I laboratoriet undersöker vi markens deformation och hållfasthet under olika mark- och fuktförhållanden, samt analyserar hur deformation påverkar markens funktionella egenskaper. Långliggande fältförsök används för att övervaka markstrukturens återhämtning efter packning. Vi kombinerar experimentella studier med simuleringar för att generalisera våra resultat och förutse packningsrisker för olika markanvändningsscenarier och framtida klimatförhållanden.

Pågående forskningsprojekt sker i samarbete med lantbrukare och rådgivare. Exempelvis mäter vi kontinuerligt markfukt och karaktäriserar markens mekaniska egenskaper på flera lantbrukares fält i Sveriges stora odlingsområden för att kvantifiera packningsriskernas rumsliga och tidsmässiga dynamik. Våra resultat diskuteras med lantbrukare och rådgivare för att tillsammans utveckla hållbara strategier för markanvändning.

Pågående och nyligen avslutade projekt:

• Implementation of soil compaction risk assessment system – end user’s evaluation of potentials and barriers (SoCoRisk)
• Mapping and alleviating soil compaction in a climate change context (SoilCompaC)
• Assessment methodologies and mitigation measures for the impacts of road projects on soils (ROADSOIL)
• Soil compaction risks in Sweden: spatio-temporal assessment under current and future climate; Environmental Monitoring “Soil compaction”

Finansiering:
Formas, Stiftelsen Lantbruksforskning (SLF), EU:s Horisont 2020-program genom ICT-AGRI-FOOD och EJP Soil; Naturvårdsverket.

Team:
Lorena Chagas Torres, Konsta Sarvela, Ararso Etana, Daniel Iseskog och Thomas Keller.

Kontaktperson:
lorena.chagas.torres@slu.se

Marken utgör livsmiljö för ett oöverskådligt antal organismer och stödjer många funktioner och ekosystemtjänster, inklusive växtproduktion, näringscirkulation och vatten- och klimatreglering. Markanvändning har stor påverkan på markens hälsa och funktion. Samtidigt som markanvändning kan bidra till degradering, kan den också förbättra markens funktioner och vara avgörande för att möta dagens utmaningar – att föda en växande befolkning med minimerad miljöpåverkan. Klimatförändringar medför ytterligare utmaningar genom mer extrema väderhändelser.

Målet med vår forskning är att förstå sambanden mellan markanvändning, klimat, markhälsa och ekosystemtjänster. Vi använder oss av lånliggande fältförsök, samarbetar med lantbrukare i gårdsstudier och analyserar data i nationella databaser. Våra studier inkluderar brukningsmetoder som jordbearbetning, växtföljder med fånggrödor, organisk gödsling och kalkning. Markhälsa utvärderas med indikatorer som täcker markfysikaliska, kemiska och biologiska aspekter. Växtproduktion, skördens nivå och stabilitet är centrala, men vi studerar även andra funktioner som kolinlagring och växthusgasutsläpp för att identifiera synergier och målkonflikter mellan ekosystemtjänster.

Utvalda publikationer:
Sjulgård et al., 2024, Agricultural Systems 211, 103757; Sjulgård et al., 2022, Agriculture, Ecosystems & Environment 336, 108046; Williams et al., 2020, Geoderma 360, 114010; Etana et al., 2020, Acta Agriculturae Scandinavica B 70, 333-340.

Pågående och nyligen avslutade projekt:

• Markanvändning för förbättrad markkvalitet och högre skördestabilitet vid extremväder.
• Analys av historiska data för att utvärdera nederbördens och temperaturens effekter på svenska skördar.
• En metod för att undersöka fosforläckage från åkermark.
• Markhälsa för ökad koldioxidinlagring och anpassning till ett förändrat klimat.

Finansiering:

Stiftelsen Lantbruksforskning (SLF); Jordbruksverket; Formas; Novo Nordisk Fonden; Kungliga Skogs- och Lantbruksakademien (KSLA); Europeiska unionens Horizon 2020-forsknings- och innovationsprogram via EJP Soil.

Team:

Ararso Etana, Lorena Chagas Torres, Elsa Arrázola Vásquez, Pascal Benard, Konsta Sarvela, Mats Larsbo och Thomas Keller.

Kontaktperson:

Thomas Keller, thomas.keller@slu.se

Daggmaskar kallas även "markens ekosystemingenjörer". Genom sitt grävande skapar de porer i marken och blandar jorden, vilket är av central betydelse för många markprocesser och funktioner. Daggmaskars grävande bidrar till att upprätthålla markstrukturen och underlättar vattenreglering, rotutveckling, kolcykeln och näringstillgänglighet.

Vår forskning syftar till att kvantifiera daggmaskars grävhastigheter, det vill säga hur snabbt daggmaskar gräver, hur dessa hastigheter påverkas av jordens förhållanden och varierar mellan olika daggmaskarter, samt hur mycket energi daggmaskar behöver för att gräva. Vi fokuserar främst på markfysiska begränsningar för grävandet, såsom temperatur, markfuktighet och packningsgrad – de två senare styr markens mekaniska motstånd.

Vi använder experimentella metoder i laboratoriet för att studera daggmaskars beteende och för att kvantifiera deras grävande och energikostnader över tidsperioder på dagar. Vi genomför även fältexperiment för att övervaka grävandet under flera månader. Vår forskning bidrar till en förbättrad kvantitativ förståelse av hur daggmaskars grävande påverkas av förändringar i markanvändning, brukningsmetoder och klimat, vilket är grundläggande kunskap för att uppskatta konsekvenserna för markprocesser och funktioner.

Utvalda publikationer:

Arrázola-Vásquez et al., 2024, European Journal of Soil Biology 121, 103619; Arrázola-Vásquez et al., 2022, Applied Soil Ecology 178, 104568; Arrázola-Vásquez, 2023, Doctoral Thesis No 2023:34.

Pågående projekt:

• Bioturbation av daggmaskar i Sverige: påverkan av klimat och markanvändning.
• Kvantifiering av energikostnader för daggmaskars grävande aktivitet i ett klimatförändringsscenario.

Finansiering:

Formas; Kungliga Skogs- och Lantbruksakademien (KSLA).

Team:

Elsa Arrázola Vásquez, Rebecca Naomi ter Borg, Mats Larsbo, Daniel Iseskog och Thomas Keller.

Kontaktperson:

Elsa Arrázola Vásquez, elsa.arrazola@slu.se.

Växtproduktionen styrs av samspelet mellan växtfysiologi, fysikaliska, kemiska och biologiska markprocesser, klimatförhållanden och jordbruksmetoder. Målet med vår forskning är att förstå mekanismer vid gränsytan mellan rot och jord som ligger till grund för långsiktig växtproduktivitet och kolinlagring.

Vi är engagerade i ett tvärvetenskapligt angreppssätt som integrerar växt- och markvetenskap med agronomi och ekologi. Vi kombinerar experimentellt arbete i skala från enskilda rötter till fältnivå med teoretiska tillvägagångssätt.

Pågående projekt fokuserar på potentialen hos system bestående av grunda och djuprotade spannmålssorter för att öka resurseffektivitet och klimatresiliens i nordiska odlingssystem, samt på potentialen hos mellangrödor, sortblandningar och specifika rotideotyper att öka kolinlagringen i marken. Vidare syftar aktuell forskning till att identifiera rotegenskaper som kan förbättra grödors tillväxt på torra och/eller packade jordar genom att klargöra kopplingar mellan rot-mark-biomekanik och hela växtens fysiologi.

Vår forskning bidrar med grundläggande ny kunskap som en bas för att förbättra den övergripande funktionen hos åkerjordar och för att säkra växtproduktivitet.

Utvalda publikationer: Colombi et al., 2024, Trends in Plant Science 29, 856-864; Colombi et al., 2022, New Phytologist 233, 1542-1547; Colombi et al., 2019, Plant Physiology 180, 2049-2060.

Pågående och nyligen avslutade projekt: Blandade kultursystem för att mildra torkeffekter på nordisk grödoproduktion (“Rootmix”); Grödors kapacitet att förbättra kolinlagring i marken i ett förändrat klimat – synergier och kompromisser (“C4C”); Växtproduktion i ett förändrat klimat: Jordhanteringens och växtvalets roll för att minska extrema vädereffekter under svenska förhållanden.

Finansiering: Novo Nordisk Foundation, Formas – Forskningsrådet för hållbar utveckling, Lantmännens Forskningsstiftelse, Kungliga Skogs- och Lantbruksakademien (KSLA); Stiftelsen JTI, Stiftelsen Lantbruksforskning (SLF).

Team: Pascal Benard, Elsa Arrázola Vásquez, Lorena Chagas Torres, Mats Larsbo, Daniel Iseskog och Thomas Keller.

Kontaktperson: Thomas Keller, thomas.keller@slu.se

För att besvara forskningsfrågor krävs ofta specifika, skräddarsydda experimentella uppställningar. Vi har ett eget laboratorium där vi kan designa och skapa helt nya experimentella uppställningar. Vi använder datorstödd design (CAD) för att skissa komponenter eller hela experimentella uppställningar, vilka sedan produceras med hjälp av egen 3D-utskrift eller via kontraktstillverkning. De tillverkade delarna kombineras med optiska sensorer för bildtagning och dataloggers för datainsamling i våra experimentella uppställningar.

Vi använder oss av öppen källkodslösningar (t.ex. Arduino, Raspberry Pi) för att kombinera och styra olika delar av uppställningarna. Några av våra skräddarsydda uppställningar är installerade i våra egna klimatkammare, vilket gör det möjligt för oss att genomföra experiment med växter eller daggmaskar under kontrollerade miljöförhållanden. Vi har också designat och producerat specifik mätutrustning, exempelvis för att mäta markens mekaniska egenskaper.

Vi bistår gärna forskare från andra forskargrupper – om du är intresserad, kontakta oss gärna.

Utvalda publikationer: Sjulgård et al., 2021, Environmental and Experimental Botany 188, 104494; Colombi et al., 2021, Soil & Tillage Research 205, 104769; Arrazola et al., 2022, Applied Soil Ecology 178, 104568.

Pågående projekt: Laboratoriefaciliteterna och resurserna är viktiga för flera av våra pågående forskningsprojekt.

Kontaktperson: Daniel Iseskog, daniel.iseskog@slu.se