Underjordiskt samarbete räddar skogen

Vad händer med skogsmarken när den försuras? Den frågan går inte att fullständigt besvara, eftersom inte ens de processer som sker i opåverkad skogsmark ännu är kända i detalj. Därför vet vi inte heller hur vi ska gå till väga för att motverka försurningen utan att förvärra situationen på andra sätt. Ett verkar dock klart: barrträden klarar försurningen bättre än befarat. Men de behöver hjälp av andra livsformer för att fylla sitt behov av näringsämnen.

En skiktad blandning

Marken består av mineralkorn, av varierande storlek, och organiskt material, i mer eller mindre nedbruten form. Den huvudsakliga kemiska sammansättningen av mineralkornen är kisel och aluminium, men även andra ämnen som järn, kalcium, kalium och magnesium ingår.

Genom marken löper rötter och svamparnas fina trådar, hyferna. Dessutom kryllar det av smådjur och mikroorganismer. I markens porer finns små fickor med luft och andra gaser, men framför allt vatten med näringsämnen och andra lösta komponenter.

Jordmånen sträcker sig ungefär en meter ner i skogsmarken. I barrskogsbältet på norra halvklotet är podsol, med sina tydliga skikt, den vanligaste jordmånen. Överst ligger förmultnande växtdelar, ett humuslager. Därunder finns blekjorden som består av kraftigt vittrat material. Ofta är detta lager skarpt avgränsat från rostjorden, ett rödbrunt skikt, rikt på järn och aluminium. Under denna jordmån ligger sedan den opåverkade jorden.

I blekjorden finns förhållandevis mycket kvarts, som är svårvittrat. I rostjorden ansamlas järnhydroxid och aluminiumkiselföreningar. Järn och aluminium frigörs från mineral i jordlagren ovanför. Som positivt laddade joner bildar dessa ämnen s k lösliga komplex med naturligt förekommande organiska föreningar, som organiska syror. Men på vägen ner genom jordlagren bryts de organiska föreningarna successivt ner och tvingar på så sätt metalljonerna att bilda andra föreningar som sedan faller ut.

När skogsmarken försuras

Vad händer då vid försurning, när utspädd svavelsyra och salpetersyra regnar ner? Marken tillförs vätejoner, och när halten av dessa stiger sjunker pH. Det aluminium som har fallit ut i rostjorden löses upp och bildar joner, men utan att som tidigare vara bundet i komplex med organiska föreningar.

Sådant oorganiskt aluminium i markvattnet har ansetts kunna blockera näringsupptaget hos många växter. Och om aluminium i denna lösta oorganiska form hamnar i sjöar och vattendrag finns risk att fisken förgiftas.

En annan farhåga har varit att träden blir svältfödda som resultat av försurningen. De viktiga näringsämnena kalcium, magnesium och kalium sitter fast på jordkornen i form av positivt laddade joner. När halten väte- och aluminiumjoner ökar i markvattnet tränger dessa bort näringsämnena. Joner av kalcium, magnesium och kalium frigörs i markvattnet och rinner bort och ut i vattendragen tillsammans med regnvattnet, med utlakning som resultat .

Träden och försurningen

Mina medarbetare och jag har nyligen genomfört omfattande undersökningar i skogar i Värmland för att studera sambanden mellan försurande nederbörd, markens tillstånd och trädens hälsa.

Resultaten blev ungefär som väntat när det gäller den allmänna bilden av markens kemi. I sydvästra delen av Värmland är nedfallet av försurande ämnen 2,5 gånger så högt som i den norra delen av landskapet . I rostjordens markvatten var pH klart lägre i sydvästra Värmland än längre norrut. Detta hade som följd att aluminiumhalterna var höga i söder och låga i norr. Vidare var andelen av kalcium-, magnesium- och kaliumjoner som var adsorberade på jordkornen mindre i södra än i norra Värmland. Mönstret var lika oavsett jordens sammansättning av mineraler, om det växte tall eller gran på marken eller vilken markfloran var i övrigt.

I ett nästa steg har vi studerat barrens kemi och trädens tillväxt på de undersökta platserna. Vi har inte kunnat spåra något samband mellan barrens sammansättning, trädens tillväxt och markens grad av försurning. Detta stämmer väl med andra forskares iakttagelser.

Hur kan man då förklara att växterna fyller sitt behov av näringsämnen, trots den utlakning som vi med säkerhet vet sker på grund av försurningen?

Rötternas hjälpredor

Tidigare trodde man att det var syror med långa molekylkedjor, nedbrytningsprodukter av humus, som gjorde det största vittringsarbetet. När vi undersökte det vatten som omger mineralkornen i jorden, fann vi något annat. Bland de organiska föreningar som komplexbinder aluminiumet finns rikligt med enkla organiska syror som citron- och oxalsyra.

Samtidigt ledde jag ett samarbetsprojekt där forskare från universitet i flera olika länder deltog. Professor Nico van Bremen fann, tillsammans med andra nederländska forskare, att mykorrhizasvampar som lever i symbios med trädens rötter skickar ut hyfer mot mineralkornens yta. Där borrar sig dessa tunna trådar in och koloniserar mikroskopiska porer inuti mineralkornen.

Mykorrhizasvamparnas hyfer växer också runt trädrötterna och hjälper träden att ta upp näringsämnen och vatten. Sannolikt sker detta i ett slags hypersymbios i vilken även bakterier deltar. Som tack för hjälpen förser träden svampens vävnader med socker från fotosyntesen.

Troligen skapas porerna i mineralkornen genom att hyfernas ändar utsöndrar sådana syror som just citron- och oxalsyra. Dessa syror är tillräckligt starka för att lösa upp mineral och frigöra kalcium, magnesium och kalium, som träden kan ta upp via transport genom hyferna. Eftersom samspelet mellan mykorrhizan och träden är mycket intimt, kan man anta att träden kan reglera sitt näringsupptag genom att påverka hyfernas utsöndring av syror.

Ett outtömligt förråd

Den största delen av vittringen beror sannolikt på denna nyupptäckta biologiska process. Tidigare trodde man att vittringen var beroende enbart av de fysikaliska och kemiska förhållandena i marken. Men vi har räknat ut att det stora antal hyfer som finns bara i en liter skogsjord räcker för att under ett år producera uppåt 100 meter mikroporer av diametern 3 till 10 mikrometer i mineralkornen.

Vi fortsätter nu vår forskning för att ta reda på vilka olika föreningar som mykorrhizahyferna utsöndrar i sitt arbete med att vittra mineral.

Genom svamphyfernas vittring får träden direkt tillgång till ett, i det närmaste, outtömligt förråd av näringsämnen som finns i mineralkornen. Förmodligen blir träden härigenom inte så beroende av de näringsämnen som sitter fast på jordkornen. Dessutom störs inte upptaget av näring av oorganiskt aluminium i markvattnet, då svamphyferna ligger skyddade i mikroporerna. Detta skulle kunna förklara varför den förutspådda nedgången i trädens tillväxt vid försurning har uteblivit.

Oklara följder av kalkning

Försurningen medför dock en gigantisk påverkan på miljön. Ända sedan istiden har de processer pågått som har skapat skogsjordens jordmån. Men genom försurningen frigörs nu oorganiskt aluminium och andra ämnen som tidigare har lagts fast i rostjorden.

På 1970-talet inträffade fiskdöd i sydvästra Sverige till följd av försurningen. Vattendrag och sjöar har sedan dess kalkats, och på så sätt har man kunnat motverka skador på fisk och andra vattenlevande organismer.

Vad som nu diskuteras är att kalka, eller alternativt återföra aska från biobränsle, på försurad skogsmark som ett ytterligare sätt att förhindra att sjöar och vattendrag försuras. Genomförs detta i stor skala får man räkna med att skogens ekosystem blir kraftigt påverkade.

Men eftersom varken de kemiska eller biologiska processerna i marken ännu är tillräckligt väl kända, finns det goda skäl att gå försiktigt fram. Sådana vittomfattande åtgärder som kalkning och återföring aska borde noga övervägas på grund av de stora kunskapsluckor som fortfarande finns när det gäller markens biologisk-kemiska processer både i naturligt och påverkat tillstånd.