Til að skógar (og reyndar allur gróður) geti vaxið þarf að uppfylla þarfir plantnanna fyrir ljós, hita, vatn og næringarefni. Fyrstu tvö atriðin eru meðal annars háð geislum sólar en hin tvö atriðin, vatn og næringarefni, eru í endalausri hringrás (meðal annars vegna sólarinnar). Áður höfum við fjallað um hringrásir vatns og kolefnis en í þessum pistli beinum við sjónunum að hringrásum næringarefna sem eru öllum plöntum nauðsynleg og ákaflega mikilvægur þáttur í starfi vistkerfa. Misjafnt er eftir tegundum trjáa hvaða kröfur þau gera til ofantaldra þátta en allur gróður vex meira í frjóu landi en ófrjóu.
Mikilvægt er að hafa í huga að ef þessar hringrásir rofna er voðinn vís en viðhald þeirra tryggir góðan vöxt.
Því miður er það svo að víða um land má sjá land þar sem hringrásirnar hafa rofnað vegna ofnýtingar. Mynd: Sig.A.
Forsagan
Forsendur þess að norrænir bændur gátu sest að á Íslandi á landnámsöld var hin frjósama eldfjallajörð sem hér er að finna. Þá var hér öflugur gróður í frjósamri mold sem hafði þroskast og þróast í meira en 9000 ár án stórra grasbíta af flokki spendýra. Um þetta vitna ótal heimildir. Það tók forfeður okkar undraskjótan tíma að eyða gróðri og ganga á frjósemina. Almennt má segja að eldfjallajarðvegur, eins og er á Íslandi, er að jafnaði mjög frjór. Því miður er hann líka ákaflega rofgjarn. Þegar gróðri hafði verið eytt áttu önnur eyðingaröfl, svo sem vatn og vindar, gott aðgengi að moldinni. Hún lét undan, skolaðist í burtu og fauk á haf út. Hringrásir vatns, kolefnis og næringarefna rofnuðu.
Mynd úr ritinu Að lesa og lækna landið sem sýnir dæmi um mismunandi jarðvegsgerðir.
Frumframleiðsla vistkerfa grundvallast á gróðri og jarðvegi. Það var ofnýting sem leiddi til þess að hringrásirnar röskuðust og kerfin hrundu. Það er hennar vegna sem roföflin náðu undirtökunum. Sums staðar hrundu vistkerfin þó ekki alveg þótt þeim hnignaði. Þegar gróðurfari hnignar minnkar framleiðnin og þar með uppskeran. Í kjölfarið breytist tegundasamsetning flórunnar. Í stað hinna náttúrulegu vistkerfa sem finna mátti á landinu við landnám komu plöntur sem þoldu verri aðstæður eða gátu nýtt sér raskið í samkeppni við aðrar tegundir. Ekki er hægt að halda því fram, með góðri samvisku, að slík vistkerfi séu óröskuð eða óspillt af mannavöldum. Þar sem áður voru skógar og blómgróður eru nú móar, melar, mosaþembur og auðnir. Þar sem frumframleiðsla vistkerfa er mikilvægasta auðlind allra landa er þetta alvarlegt mál. Það lagast ekki þótt vandanum sé afneitað.
Þetta er skuld okkar við landið.
Tjarnargerði í Eyjafirði. Skógar skapa frjósemi og frjósemi skapar skóga. Í Jarðabók Árna Magnússonar og Páls Vídalins segir: „Tiarnagerde hefur hjáleigunefna heitið suður frá Heimatúninu [heimatúni Leynings, innskot Sig.A.] sem nú hefur í eyði legið hjer um 30 ár, en bygð um fáein ár þar fyrir. […] Fóðrast kunni, seinast bygt var, 1 úngneyti, en nú ekkert, því kotið er óslægt og í holt uppblásið, og má því ekki aftur byggja.“ (10. bindi bls. 252-253). Þessi texti var skrifaður 28. Septembirs Anno 1712. Þarna er verið að lýsa hrundum vistkerfum en nú lítur þetta svona út. Þetta getur Ísland ef það fær tækifæri til.
Nú er málum svo háttað að íslensk vistkerfi eru í ákaflega misjöfnu ástandi. Sums staðar er ástand gott en víða er landið enn verulega laskað, án þess að því sé veitt nein sérstök athygli af þorra fólks. Þvert á móti telja margir að ástandið sé eðlilegt og hrundum vistkerfum er hampað í ýmsum auglýsingabæklingum og þau talin náttúruleg og óspillt.
Jarðvegssnið úr íslenskri mýri. Neðst sér í berggrunninn. Svo kemur brúnn moldarjarðvegur með ljósum og dökkum gjóskulögum. Síðan koma snögg skil. Þau verða við landnámið. Þá breytist liturinn á jarðveginum vegna aukins áfoks. Dökka lagið myndaðist á meira en níu sinnum lengra tímabili en ljósa lagið. Mynd: Hlynur Óskarsson.
Þessi mynd er úr Sagnagarði Landgræðslunnar og sýnir breytingar á fjölda og gerð frjókorna. Þau endurspegla breytingar á gróðurfari sem urðu við landnámið. Skógarnir létu undan en gras fékk aukið rými. Ljósmynd: Sig.A.
Aðgengi og hringrásir
Allar lífverur á jörðinni eru byggðar upp af frumefnum. Helstu efnin í þeim öllum eru kolefni (C), súrefni (O) og vetni (H). Það á einnig við um allan gróður. Hin frumefnin í gróðri köllum við næringarefni. Án þeirra getur gróður ekki þrifist. Plöntur fá næringarefni úr jarðvegi og taka þau upp með rótum, uppleyst í vatni. Næringarefnin losna aftur við niðurbrot lífrænna efna. Þegar vel tekst til í skógrækt verða til virkar næringarhringrásir. Í upphafi skógræktarframkvæmda getur verið mjög til bóta að aðstoða við uppbyggingu forðans í jarðvegi, einkum á rýru landi. Ýmsar aðferðir geta hjálpað til við þá uppbyggingu og stuðlað þannig að endurnýjun hringrásirnar.
Menjar um forna en horfna grósku á hálendi Íslands. Hringrásir vatns, kolefnis og næringarefna eru rofnar og vindur og vatn eiga greiða leið að moldinni. Moldin er gerð úr uppsöfnuðu kolefni hins horfna gróðurs. Mynd: Sig.A.
Aðgengi að næringarefnum er misjafnt eftir aðstæðum. Þegar lífræn efni í moldinni rotna losna þau næringarefni sem eru í þeim. Þá eru þau aðgengileg fyrir þær plöntur sem vaxa þar í nánd. Plönturnar fanga þessi efni og nýta þau sér til vaxtar. Þegar þær drepast (að hluta eða heild) losna efnin aftur með rotnun og verða þá aðgengileg að nýju, ef þau eru ekki fjarlægð úr vistkerfinu með uppskeru, beit eða á annan hátt. Þannig eru þetta alltaf sömu efnin sem eru í umferð. Því þarf ekki að bera áburð á gróskumikil vistkerfi. Öll helstu efnin eru þar til staðar. Að auki geta næringarefni borist til vistkerfa til dæmis með áfoki, ösku og regni.
Allskonar rotverur eru í frjóum vistkerfum svo sem sveppir, ánamaðkar og örverur af öllum gerðum. Þessar rotverur eru mikilvægar og hjálpa til við niðurbrot næringarefna svo hægt sé að endurnýta þau.
Ólífrænu efnin eru að jafnaði fastbundnari í bergefnum í jarðvegum. Þau eru því ekki eins aðgengileg og hin lífrænu. Vegna efnaveðrunar og jarðvegsmyndunar losna þau smám saman og komast þannig inn í lífkerfið og þar með inn í hringrás næringarefna. Þar koma við sögu ýmsir þættir. Sumt losnar vegna starfsemi lífvera en annað vegna eðlis- og efnafræðilegra þátta.
Teikning eftir Fífu Finnsdóttur úr ritinu Að lesa og lækna landið sem sýnir helstu hringrásir næringarefna.
Upptaka næringarefna
Ræturnar taka upp næringarefni einkum á þrennan hátt. Í fyrsta lagi vaxa rætur inn í nýtt umhverfi. Þar kann að vera aðgangur að næringarefnum sem hörgull er á nær plöntunni sjálfri. Þegar plantan vex er þetta ferli stöðugt í gangi. Ef aðgengi að næringarefnum er lítið þarf plantan að leggja meira í rótarvöxtinn en yfirvöxt. Það er ein af ástæðum þess að tré (og annar gróður) vaxa verr ef næringu skortir. Mismunandi rótarkerfi geta skipt miklu máli fyrir líffélagið í heild. Sumar rætur gefa frá sér efni sem hjálpa til við upptökuna. Sumar tegundir mynda mikinn fjölda fínróta og rætur fara misjafnlega djúpt eftir tegundum og gerð jarðvegs. Flestar tegundir trjáa mynda sambýli við sveppi sem eykur magn og stærð rótarhára.
Í annan stað geta efni borist til plantnanna sem uppleyst næringarefni í vatnslausn. Það gerist meðal annars vegna þess að styrkur næringarefna getur verið misjafn og lausnir leitast við að jafna þann styrk. Þegar rót tekur upp eitthvert næringarefni úr lausn minnkar styrkurinn næst rótarhárunum og vatnið flytur þá meira af efninu til rótarinnar ef það er til í aðgengilegu formi. Á Íslandi er styrkur flestra næringarefna í upplausn venjulega mjög lágur.
Í þriðja lagi geta jónir borist með massaflæði þegar þornar og blotnar á víxl. Vatnið getur þá flætt um moldina og borið með sér næringarefni eða flutt þau til. Þetta má meðal annars sjá í leysingum þegar rólegir fjallalækir breytast í mórauðar dragár. Áveitur fyrri tíma byggðu á þessu.
Mynd úr kennslubókinni Elements of Ecology. Efni í jarðvegi leysast upp og mynda bæði plúsjónir og mínusjónir. Á heitum svæðum bindast plúsjónir fastar þar sem jarðvegur er almennt frekar neikvætt hlaðinn. Copyrigt: (2009) Pearson Education Inc.
Fjölbreytt rótarkerfi mismunandi tegunda plantna geta stuðlað að aukinni frjósemi vistkerfa. Sumar rætur fara mjög djúpt og ná í næringarefni sem eru öðrum plöntum ekki aðgengileg. Smám saman geta svo þessi efni losnað og nýst öðrum plöntum. Kröfur mismunandi tegunda geta einnig verið misjafnar. Því er það nær alltaf til bóta, fyrir vöxt og frjósemi, að hafa margar og mismunandi tegundir plantna frekar en aðeins eina eða tvær. Þess vegna tíðkast ekki að planta aðeins einni tegund í stór, samfelld svæði.
Haustmynd úr Vaðlaskógi. Þegar Skógræktarfélag Eyfirðinga hóf þar ræktun árið 1936 var landið skóglaust með öllu. Nú er þar frjósamt vistkerfi sem laðar að sér fólk. Mynd: Sig.A.
Binding næringarefna
Hin svokölluðu svifefni jarðvegs, hvort sem þau eru í lífrænum moldarefnum eða ólífrænum leirögnum, eiga langstærsta þáttinn í að geyma og binda næringarefni á þann hátt að þau geti nýst gróðri. Hvernig efnin geymast í jarðveginum fer eftir ýmsum lífeðlis- og lífefnafræðilegum þáttum. Efnin geta geymst sem sölt (mjög laus binding) eða rafbundin við lífræn og ólífræn snefilefni. Að auki geta þau að sjálfsögðu geymst í lífrænum efnum eða fastbundin í steinefnum jarðvegsins.
Aska getur borið með sér mikið magn næringarefna sem nýtast heilbrigðum vistkerfum. Sködduð vistkerfi þola áfokið illa. Íslensk eldfjallajörð er rofgjörn og því geta næringarefnin tapast ef hófs er ekki gætt í landnotkun. Mynd: Erna Þórey Jónasdóttir.
Aðrir þættir
Ýmsir eðlis- og lífefnafræðilegir þættir geta haft áhrif á hraða losunar efna úr forða ásamt aðgengi og upptöku næringarefnanna. Þar með hafa þeir þættir áhrif á hringrásirnar. Má þar nefna sambýlislífverur, heppilegt sýrustig, rotnunarhraða (sem getur ráðist af ýmsum þáttum svo sem aðgengi að súrefni og hita), oxun og afoxun, jónarýmd, raka, útskolun, áfok, plöntutegundir, ástand örveruflóru og smádýrafánu. Svona mætti sjálfsagt lengi áfram telja. Gott er að hafa í huga að moldin er stórkostlegur lífheimur. Þar er drifkraftur næringarhringrásanna. Miklu fleiri tegundir lífvera búa ofan í moldinni en á yfirborði hennar. Í hverju grammi af frjórri mold má finna margar milljónir, jafnvel hundruð milljóna, af allskonar lífverum sem taka þátt í þessari hringrás. Í ófrjóu landi vantar margar þessara lífvera. Þannig getur verið til bóta að koma t.d. ánamöðkum í skógarreiti ef þeir eru ekki þar fyrir. Árlega losnar alltaf eitthvað af efnum úr næringarforða í jarðvegi en ef hringrásirnar eru í lagi leggst nægilega mikið til af lífrænum efnum til að viðhalda magninu þegar til lengri tíma er litið.
Tafla úr ritgerð frá árinu 2004 eftir Eddu Sigurdísi Oddsdóttur um jarðvegslíf og hringrás næringarefna. Þarna eru tveir hópar jarðvegslífvera skoðaðir og er fjöldi þeirra mestur í birkiskógum (mítlar) og lúpínu (mordýr). Almennt má segja að gott samband sé á milli fjölda jarðvegsdýra og frjósemi.
Helstu næringarefni
Til að skógur vaxi sæmilega þarf aðgengi að ýmsum næringarefnum í jarðvegi. Þau eru ýmist í lífrænum eða ólífrænum efnum og er stundum skipt í meginefni (stundum nefnd áburðarefni) og snefilefni. Meginefnin eru nitur, fosfór, kalí (N, P og K eins og stendur á áburðarpokunum) en einnig natríum (Na), kalsíum (Ca), brennisteinn (S) og magnesíum (Mg). Þessi efni þurfa allar plöntur í töluverðu magni. Mismunandi gerðir jarðvegs geta haft mismikið magn af hverju efni. Að auki eru kröfur plantna mismunandi. Til gamans má geta þess að þegar Landgræðslan notaði flugvél til að dreifa áburði hafði hún einkennisstafina TF-NPK eftir meginefnunum sem dreift var.
Ryðhumla sækir sér fæðu í lúpínu. Með aðstoð Rhizobium-gerla á rótunum vinnur lúpína nitur beint úr andrúmsloftinu. Að auki getur hún losað um fosfór í jarðvegi. Mynd: Sig.A.
Snefilefnin skipta líka máli en plönturnar þurfa mun minna af þeim. Þess vegna kallast þau einmitt snefilefni. Vel má vera að við birtum frekari pistla um einstök næringarefni og ef til vill verður síðar fjallað nánar um snefilefnin. Tíminn leiðir það í ljós og fer það meðal annars eftir því hversu margir opna þennan pistil og viðbrögðum við honum.
Stundum er talað um að þessi efni séu samtals um þrettán talsins. Ef skortur er á einhverjum þeirra dregur úr vexti plantna og hörguleinkenni geta komið fram. Næringarefnin eru talin gegna mismunandi hlutverkum meðal plantna en nýtast helst þar sem þörfin er mest hverju sinni. Ef lítið er um tiltekin efni geta margar plöntur bætt sér það upp að hluta með því að nota önnur efni. Því telja sumir það úrelt fræði að tiltaka hvaða hlutverk hvert efni hefur, nema sem ákveðnar vísbendingar.
Efnaveðrun í jarðvegi losar um mörg nauðsynleg steinefni sem þá verða plöntum aðgengileg. Meginefnin falla til jarðvegs sem leifar dýra og plantna sem þá taka að rotna fyrir tilstuðlan lífvera. Þannig er heilbrigð lífsstarfsemi örvera merki um mikla frjósemi jarðvegs. Til þess þarf góðan forða af lífrænum efnum.
Vöxtur birkisins í Krossanesborgum er mestur þar sem aðgengi að vatni og næringarefnum er passlegt. Á melunum er enn langt í land með að hringrásirnar verði aftur virkar. Mynd: Sig.A.
Áburður
Þegar áburður er gefinn plöntum er hugmyndin sú að plönturnar taki þau upp og þannig komist þau í hringrásina. Því verður að gefa tilbúinn áburð þegar rótarvöxtur er hvað mestur eða í upphafi vaxtartímabils. Annars skolast efnin einfaldlega í burtu með vatni og nýtast ekki.
Haust í Vaglaskógi. Horft yfir Fnjóská. Frjósemin er mikil í skóginum en enn eru þarna svæði með minni frjósemi. Mynd: Sig.A.
Lífræn áburðarefni gera sama gagn og tilbúinn áburður, nema hvað þeim fylgir að jafnaði meira af jarðvegslífverum. Þannig eru lífrænu efnin varanlegri áburðargjöf en tilbúinn áburður og eykur frjósemina til lengri tíma. Aftur á móti er til muna einfaldara að gefa tilbúinn áburð. Því nýtur hann enn mikilla vinsælda, þrátt fyrir augljósa galla miðað við hinn lífræna. Í ófrjóu landi getur þurft að endurtaka áburðargjöfina, aftur og aftur, áður en hringrásirnar verða sjálfbærar. Þessar tvær aðferðir; tilbúinn áburður og lífrænn áburður af ýmsum toga, eru mest notuðu aðferðirnar. Þriðja aðferðin er svo að nota plöntur til að hjálpa til við að ná í næringarefnin. Helst er það nitur sem næst á þennan hátt, sem er mjög gott. Niturgjöf eykur nær alltaf vöxt plantna á Íslandi. Við höfum áður fjallað um belgjurtir sem vinna nitur beint úr andrúmsloftinu en einnig má nefna tré og runna sem hafa svokallaðar Frankia-gerla á rótum sínum. Þar eru ýmsar elritegundir þekktastar.
Fremst er gullkollur sem vinnur nitur með hjálp Rhizobium-gerla. Græni runninn er sitkaelri. Hann bindur líka nitur og notar til þess Frankia-gerla. Fjær má sjá bláa lúpínubreiðu sem einnig eykur frjósemi jarðvegs. Sumum þykir lúpínan samt full frek til fjörsins. Mynd: Sig.A.
Umhirða skóga
Mikill munur er á umhirðu skrúðgarða og skóga. Í skógum er ekki endilega heppilegt að fjarlægja dauðar greinar og brotna stofna. Með því að fjarlægja lífræn efni erum við að draga úr frjósemi vistkerfanna. Um það höfum við áður skrifað stuttan pistil. Í skrúðgörðum horfir málið öðruvísi við. Þá er til muna auðveldara að bæta fyrir þau efni sem tapast við hreinsun. Þar kemur heimatilbúin molta sterk inn. Temmileg og tímanleg grisjun getur stuðlað að auknum vexti. Hún dregur úr samkeppni og eykur vaxtarrými þannig að efnin í hringrásinni fara á færri einstaklinga. Þá eykst aðgengið fyrir hvert og eitt tré og vöxturinn verður meiri. Að auki getur temmileg grisjun aukið aðgengi að lofti og sólarljósi í botnlögum skógarins og flýtt þannig fyrir niðurbroti efna.
Við alla umhirðu skóga er til mikilla bóta að þekkja helstu hringrásir skógarins og stuðla að viðhaldi þeirra og uppbyggingu. Gangi ykkur vel.
Skógar eru ekki skrúðgarðar. Þeirra fegurð er önnur. Mynd: Sig.A.
Heimildir:
Edda Sigurdís Oddsdóttir (2004): Jarðvegslíf og hringrás næringarefna. 45 eininga prófritgerð meistaranáms. Háskóli Íslands, Líffræðiskor. Reykjavík.
Ólafur Arnalds og Ása L. Aradóttir (2015): Að lesa og lækna landið. Bók um ástand lands og vistheimt. Útgefendur: Landvernd, Landgræðsla ríkisins og Landbúnaðarháskóli Íslands. Sjá: https://www.moldin.net/uploads/3/9/3/3/39332633/ad_lesa_og_l%C3%A6kna_landi.pdf
Ólafur Gestur Arnalds (2023): Mold ert þú. Jarðvegur og íslensk náttúra. Iðnú útgáfa, Reykjavík.
Árni Magnússon og Páll Vídalin (1712): Jarðabók Árna Magnússonar og Páls Vídalins. 10. bindi, Eyjafjarðarsýsla bls. 252-253. Gefin út af Hinu íslenska fræðafjelagi í Kaupmannahöfn með styrk úr ríkissjóði Íslands árið 1943. Kaupmannahöfn.
Sigurður Arnarson (2014): Belgjurtabókin. Tré, runnar og blómplöntur af ertublómaætt. Sumarhúsið og Garðurinn, Selfossi.
Thomas M. Smith & Robert Leo Smith (2015): Elements of Ecology. Person Education Limited. Edinburgh Gate, Exis, England.
Þorsteinn Guðmundsson (2018): Jarðvegur. Myndun, vist og nýting. Háskólaútgáfan, Reykjavík.