Annons

Slår rot för framtiden Fleråriga grödor utvecklar stora rotsystem som gör dem avsevärt mycket tåligare mot torka och väta än ettåriga grödor. Här syns en jämförelse mellan trubbkvickrot (t.h. i spalterna) och vanligt vete.

Bild: 
Jerry D. Glover

Här finns lösningen på jordbrukets urgamla misstag

Dagens jordbruk är baserat på ett 10 000 år gammalt fel: att välja ettåriga grödor i stället för fleråriga. Nu försöker forskarna rätta till detta.

Publicerad:

2019-09-26

– Sett ur ett större perspektiv kan man hävda att i princip alla problem som jordbruket brottas med i dag, som stora utsläpp av växthusgaser, jorderosion, näringsläckage, överanvändning av kemikalier och dålig lönsamhet, går att koka ner till det faktum att vi använder ettåriga grödor och inte fleråriga.

Det säger Lennart Olsson, professor vid Lund university centre for sustainability studies, LUCSUS, Lunds universitet. Han har haft ett par hektiska dagar som koordinator för en konferens som anordnades av Pufendorfinstitutet på Lunds universitet. Konferensens titel var: Is the future of agriculture perennial?

Ett nittiotal forskare från 15 länder deltog. Samtliga är på ett eller annat sätt verksamma inom det forskningsfält som allt oftare beskrivs som en kommande revolution inom jordbruket: övergången från ettåriga grödor till fleråriga.

I ett naturligt ekosystem förändras artsammansättningen över tiden – det är en följd av successionen. En yta som har röjts av stormar eller bränder koloniseras först av snabbväxande, ofta ettåriga, växter. De satsar allt på ett kort och lägger merparten av sina resurser på frösättningen, så att de får så mycket avkomma som möjligt under sina korta liv.

Efter hand blir de ettåriga växterna utkonkurrerade av större, fleråriga växter. De växer långsammare än de ettåriga arterna, men blir högre och får djupare rotsystem. På så vis fortskrider successionen; allt större och mer långlivade arter ersätter varandra. Örter ger vika för buskar, som i sin tur ersätts av träd. Bränder och stormar fungerar som naturliga störningar i det här förloppet – de bryter trädens dominans så att successionen kan starta om.

De spannmålsgrödor vi odlar i dag, som vete, havre, korn och råg, ris och majs, är alla domesticerade varianter av ettåriga gräsarter. Det innebär att de inte kan konkurrera med fleråriga arter över tiden. Därför fungerar dagens jordbruk som en succession som startar om varje år. Bondens plog river sönder alla rötter och blandar om jorden och skapar en perfekt miljö för våra högproducerande men konkurrenssvaga spannmålsarter.

Men en nyplöjd åker är sårbar; inga rötter binder den värdefulla mullen, som därför riskerar att erodera bort med vind och regn. Viktiga näringsämnen, framför allt kväve, urlakas och hamnar i vattendrag där det bidrar till övergödningen. Om de ettåriga grödorna ersätts med fleråriga skulle jorden aldrig ligga naken på det här viset. Dessutom skulle mer kol bindas i jorden, så att jordbrukets utsläpp av koldioxid och andra växthusgaser minskade. Bönderna skulle också spara både tid och pengar eftersom de slipper plöja och så inför varje säsong.

Så, hur går man då till väga för att skapa fleråriga alternativ till dagens ettåriga åkergrödor? Ja, en av metoderna går ut på att försöka korsa befintliga ettåriga grödor med närbesläktade vilda arter som är fleråriga. Målsättningen är att få fram en hybrid som är både flerårig och högproduktiv.

Forskare från Kina har lyckats ta fram en flerårig variant av ris med den här metoden. Under konferensen i Lund beskriver Fengyi Hu från Yunnan university i Kina hur det gick till. Hans presentation är dock lite väl teknisk och dessutom framförd på en ganska knagglig engelska, så Lennart Olsson hjälper till att förklara. Han berättar att de kinesiska forskarna har korsat det ettåriga domesticerade riset, Oryza sativa, med en vild afrikansk släkting som heter Oryza longistaminata och på så sätt fått fram en flerårig rissort med hög avkastning.

– Forskarna har odlat det fleråriga riset under sju säsonger i samma fält och skördarna visar inga tecken på att mattas av. Det är en fenomenal framgång och två sorters fleråriga ris är nu tillgängliga för kommersiellt bruk i Kina, säger Lennart Olsson.

Den andra metoden går ut på att försöka domesticera vilda fleråriga arter som kan ersätta de befintliga ettåriga grödorna, ett sätt att börja om från början med andra ord – men med ”rätt” arter den här gången. Forskare vid The land institute i Kansas, USA, arbetar med att ta fram ett flerårigt alternativ till vete på det här viset. Forskarna har utgått från ett gräs som kallas trubbkvickrot. Den domesticerade varianten av trubbkvickrot som forskarna utvecklar har döpts till kernza.

Uppsala, sommaren 2018. Vänster: knylkorn, flerårig släkting till korn. Mitten: ettårigt vårvete. Höger: kernza, flerårig släkting till vete.

Bild: 
Per-Olof Lundquist och Anna Westerbergh, SLU, Uppsala

Ett viktigt steg i domesticeringen av spannmålsgrödor är att förhindra den så kallade drösningen. Det är jordbrukarnas namn på grödornas benägenhet att släppa sina frön när de är mogna. Ur växtens synpunkt är det naturligtvis själva idén med att bilda frön – de ska ju spridas och gro så att de kan ge upphov till nya plantor. En växt som inte drösar sållas därför obevekligt bort av det naturliga urvalet. Men om man ska kunna skörda på ett effektivt sätt måste de mogna fröna – eller kärnorna som de kallas när det gäller spannmålsgrödor – sitta kvar på plantorna.

– Som tur var för oss så finns det ganska gott om plantor som har trasiga gener, så att kärnorna sitter kvar. Det underlättade avelsarbetet och vi lyckades få fram kernza, som inte drösar alls efter bara fem generationer, berättar Lee DeHaan under ett föredrag på konferensen. Han är genetiker vid The land institute, som var med och samordnade konferensen.

Det högproduktiva vete som används i det moderna jordbruket kan ge kärnskördar på upp till sju ton per hektar. Kernza ger i dagsläget en betydligt mindre kärnskörd, i bästa fall ett ton per hektar. Men forskarna jobbar hårt med att höja avkastningen. Ett mått som används i detta sammanhang är det så kallade skördeindexet, kvoten mellan den totala biomassan ovan mark och kärnornas biomassa.

Genom att korsa de plantor som har störst och flest kärnor med varandra kan man höja skördeindexet. Det som sker då är att biomassan omfördelas; den ökar hos kärnorna och minskar hos strån, blad och rötter. Skördeindexet för vete är ungefär 45 procent. Hos kernza är det knappt 10 procent.

– Men kernza har en biomassa ovan mark som är upp till tre gånger större än vetets och dess rotsystem är närmare 20 gånger större. Det finns alltså en enorm potential för att höja skördeindexet, säger Lee DeHaan.

Under tolv års tid har Lee DeHaan och hans kollegor korsat de plantor som har störst kärnor med varandra. Det har medfört en fördubbling av kärnstorleken hos kernza. Men att få fram kärnor som är lika stora som hos dagens vete skulle ta ytterligare 55 år i samma takt.

– Det är ändå en kort tid om man betänker att vete har förädlats under 10 000 år. Dessutom kan vi snabba på processen med hjälp av vissa genetiska genvägar. Vi jobbar med det nu, säger Lee DeHaan.

En av genvägarna kallas genomisk selektion. Metoden förutsätter att man har god kunskap om hur olika genvarianter påverkar olika egenskaper hos växten, vilket kräver omfattande dna-analyser kombinerat med provodlingar. Med hjälp av insamlade data kan man analysera det fortlöpande förädlingsarbetet med matematiska modeller; datorn kan åtminstone delvis räkna ut vilka plantor som ska korsas för att ge de önskvärda egenskaperna. Det ökar precisionen och snabbar på processen.

– Genom att utnyttja den här sortens genetiska verktyg blir det fullt möjligt att höja kernzas avkastning till vetets nivå på bara 10–20 år, förutspår Lee DeHaan.

Men Lennart Olsson är inte övertygad om att man endast ska fokusera på avkastningen. Det finns många baksidor med en alltför hårt driven växtförädling, berättar han.

– Det tydligaste exemplet är att alla våra högförädlade grödor har förlorat den otroligt viktiga symbiosen med mikroorganismerna som finns i jorden och med mykorrhizan.

Mykorrhizan är tunna svamptrådar, hyfer, som lever i symbios med växternas rötter och förbättrar upptaget av vatten och näringsämnen.

Lennart Olsson menar att en gröda som kernza mycket väl kan vara lönsam redan i nuläget, trots att den ger förhållandevis små skördar.

– Man ska inte stirra sig blind på storleken på kärnskörden. Ur bondens perspektiv är kernzas halm också mycket värdefull, eftersom den är ett utmärkt djurfoder. Kernza ger alltså två nyttiga produkter.

– Och om man kan sänka produktionskostnaderna så kan man ju dessutom klara av en minskad avkastning. En bonde som odlar exempelvis vete måste köra på åkern åtta till tio gånger under odlingssäsongen. Men med en flerårig gröda som kernza räcker det med en eller två gånger, och dessutom slipper man ofta all form av ogräsbekämpning när grödan väl har etablerat sig. Det sparar både tid och pengar.

I USA börjar kernza nu leta sig in på den kommersiella marknaden. Kärnorna används till bland annat ölbryggning, frukostflingor och en speciell form av pasta. Det går också att baka bröd av kernzamjöl, men det blir kompaktare än bröd från vetemjöl. Det beror på att kernza har låg glutenhalt och därför jäser förhållandevis dåligt. Men nya bakmetoder är under utveckling.

Anna Westerbergh är docent i genetik och växtförädling på Sveriges lantbruksuniversitet i Uppsala, SLU. En av hennes uppgifter är att försöka anpassa kernza till att trivas på våra nordliga breddgrader.

– Den måste fungera med frost under vår och höst, den kalla vintern och den måste hinna blomma och mogna inom vår växtsäsong. Dessutom måste den anpassas till dagslängden vi har här under sommaren, säger hon.

Anna Westerbergh och hennes kollegor bedriver förädlingsarbete med kernza i Uppsalatrakten samt på en gård i Upplands Väsby. Där finns ett tjugotal försöksytor med kernza utspridda på en stor åker.

Anna Westerbergh och Lennart Olsson har ett nära forskningssamarbete. Men hon håller inte helt med om att det ettåriga växtsättet är roten till alla problem i det moderna jordbruket. Bristen på genetisk variation i de nuvarande ettåriga spannmålsarterna är också mycket problematisk, menar hon.

 – Bristen på genetisk variation gör dels att grödorna inte är anpassade till exempelvis klimatförändringarna eller nya former av skadeangrepp, dels att det är svårare att förbättra dessa egenskaper genom växtförädling.

Hos kernza råder det ingen brist på genetisk variation, det visar Anna Westerberghs försöksodlingar. De är baserade på frön som kommer från tre olika forskningsprojekt: ett i Kanada samt två i USA, varav The land institute är ett. Fröna därifrån kommer från olika generationer av förädlingsprocessen – försöksodlingarna fungerar alltså som ett tidsarkiv, som visar hur kernza har förändrats under mer än ett decennium av domesticering och som en genbank för vidare växtförädling för svenska förhållanden. Kernzan i de olika försöksytorna varierar därför i storlek, växtsätt, årstidsanpassningar, torktålighet och så vidare.

Det finns också en stor variation inom respektive försöksyta. Stora och små plantor växer sida vid sida. En del växer mer upprätt medan andra breder ut sig. Antalet stammar, jordstammar och blad varierar också, trots att plantorna i varje försöksyta kommer från samma kernzapopulation.

 – Målsättningen är att minska variationen hos de egenskaper vi vill ha hos plantorna. Men vi vill absolut inte ta bort för mycket av den genetiska variationen, eftersom den medför att beståndet som helhet är mer motståndskraftigt mot exempelvis skadeangrepp och extrema väderförhållanden.

Plantorna i försöksytorna är nu inne på sitt andra år. Överlevnaden under vintern har varit mycket god. Nästa steg blir att ta frön från sex förädlingspopulationer som har de bästa egenskaperna för svenska förhållanden och driva upp dem till små plantor. Dessa ska sedan sättas ut på en åker i närheten.

– Vi kommer att göra större planteringar av varje förädlingspopulation, så att det bland annat blir möjligt att studera hur mycket avkastning de ger. Totalt blir det 60 000 plantor.

Anna Westerbergh driver också ett världsunikt forskningsprojekt som handlar om att skapa ett flerårigt alternativ till korn. Tillsammans med sina kollegor har hon utvärderat 17 fleråriga släktingar till det domesticerade kornet. Valet föll på en art som heter knylkorn. Den är tålig och har ett stort utbredningsområde, som innefattar många olika miljöer och klimat.

– Knylkorn går att korsa med vanligt korn – det är inte lätt men det går. Då får vi så kallade introgressionslinjer, hybrider som har kornets arvsmassa med inslag av knylkornets dna.

Introgressionslinjerna har väldigt olika egenskaper. Forskarna provodlar därför de olika linjerna för att se om de har fått anlag för flerårighet och andra önskvärda egenskaper.

– Det vi håller på med nu är att förfina förädlingen genom att korsa individer från de olika introgressionslinjerna.

Det var den här metoden som de kinesiska forskarna använde när de skapade sitt fleråriga ris. Anna Westerbergh och hennes kollegor håller också på med domesticering av knylkorn, det vill säga, de använder samma metod som har gett upphov till kernza.

– Vi börjar om från början helt enkelt, med en flerårig släkting till korn.

Det finns forskare som varnar för att de fleråriga grödorna behöver mer vatten än de ettåriga, och att det medför att de är direkt olämpliga i områden med torrt klimat eller generell vattenbrist. De fleråriga grödorna behöver mycket vatten eftersom de är storvuxna, men de låga skördeindexen medför att man får alldeles för lite avkastning i förhållande till investerad vattenmängd, menar kritikerna.

Lennart Olsson delar inte den uppfattningen. Han menar att de fleråriga grödorna kan utnyttja en större andel av vattnet som tillförs via regn eller bevattning.

– Ettåriga grödor har små grunda rotsystem, som bara tar upp en liten mängd av vattnet – resten rinner ut i sjöar och vattendrag eller avdunstar. Men de fleråriga grödorna, som har djupare rotsystem, kan antagligen fånga upp mer av det vattnet, säger Lennart Olsson.

De djupa rotsystemen medför också att de fleråriga grödorna klarar torka bättre än de ettåriga. Anna Westerbergh berättar att hennes odlingar av kernza och flerårigt korn verkligen fick bekänna färg under den torra, varma sommaren 2018.

– Det fanns en vanlig veteåker i närheten av mina odlingar. Där kunde man se stora gula fläckar med vissnande vete. Men våra fleråriga grödor var oberörda av torkan och tillväxte helt normalt, säger Anna Westerbergh.

Inom jordbruket är det vanligt att man odlar olika grödor under olika år. Man följer en viss växtföljd, där spannmål varvas med grödor som tillför och binder näringsämnen. Men det här systemet fungerar inte med fleråriga grödor, eftersom de blir kvar på åkrarna från år till år. Lösningen på det problemet är polykulturer.

– I ett konventionellt jordbruk har man en växtföljd på 6–8 år på åkrarna, förklarar Lennart Olsson. Man odlar exempelvis vete ett år, sedan raps, följt av klöver för att få in kväve i marken. Efter det kanske man odlar korn och så vidare. Det ger diversitet sett över tiden. Men idén med polykulturer är att ha diversitet i rummet, genom att odla flera grödor samtidigt på fältet.

Han berättar att det pågår försök att samodla kernza med lusern och klöver, kvävefixerande baljväxter som gör jorden näringsrik. De går också att använda som foder för djuren. Provodlingarna finns på en forskningsstation som tillhör SLU i Alnarp, Skåne.

Med tanke på alla fördelar som följer med fleråriga grödor så kan man undra varför våra förfäder satsade på ettåriga grödor när de började med jordbruk för ungefär 10 000 år sedan. Forskarna har inget svar på den frågan. Men det finns en del teorier, berättar Lennart Olsson.

– Man kan tänka sig att mänskliga aktiviteter skapade störningar, exempelvis eld och avverkning, som gynnade ettåriga växter. Därför var nog de ettåriga växterna överrepresenterade runt människans boställen och fanns alltså nära till hands när man började med odling och domesticering.

Att ettåriga växter vissnar och dör efter ett år kan också ha varit en fördel under domesticeringen. Det medförde att man kunde så frön från de bästa plantorna på samma plats varje år. Om man hade använt fleråriga växter hade man tvingats så på en ny plats varje år, eller försöka riva upp förra årets plantor och deras rötter. Det var naturligtvis avsevärt mycket mer arbetskrävande än att jobba med växter som försvann av sig själva.

Lennart Olsson tror att allt fler jordbrukare kommer att anamma de fleråriga grödorna inom kort. Framför allt på marginella jordar som ger förhållandevis låg avkastning och som i dag mest används till att producera djurfoder. Där kan man i stället odla kernza och få ett mycket bra djurfoder och samtidigt en viss kärnavkastning. Lennart Olsson spanar optimistiskt in i framtiden:

– Om 50 år kommer man att kunna läsa om den perenna revolutionen i historieböckerna. Den innebar att vi på ganska kort tid övergick från ettåriga till fleråriga grödor och det gjorde att vi löste problemen med jorderosion, urlakning av näringsämnen, vi räddade Östersjön, vi såg till att drastiskt reducera energianvändningen i jordbruket. Dessutom förbättrade det lönsamheten i jordbruket och bröt dess osunda beroende av industriella bekämpningsmedel.

Forskning & Framsteg berättar om fackgranskade forskningsresultat och om pågående forskning. Våra texter ska vara balanserade och trovärdiga, och sätta forskningsresultaten i sitt sammanhang för att göra dem begripliga. Forskning & Framsteg har rapporterat om vetenskap sedan 1966.