Kväveförsörjningen i ekologiska odlingssystem skiljer sig mycket från den i konventionella system. I ekologiskt lantbruk är kvävet till stor del organiskt bundet i kvävefixerande växter, i djurens gödsel och i organiska restprodukter från samhället. I konventionellt lantbruk används också gödsel från djurhållningen men de största mängderna kväve utgörs av mineralkväve, så kallat konstgödselkväve. Det påverkar både tillgängligheten av kväve för grödorna och risken för förluster. Båda produktionsformerna har således olika förutsättningar vilket medför svårigheter att göra rättvisande jämförelser vad gäller risk för kväveförluster. Ändå finns ett allmänintresse att ge underlag för att kunna bedöma miljökonsekvenser av de bägge produktionsformerna i genomsnitt.
Ett stort antal forskningsstudier av olika typer av gårdar visar att ekologisk produktion genomsnittligt sannolikt ger mindre förluster av kväve till omgivande miljö än konventionell produktion mätt som läckage per ytenhet. Variation och osäkerhet är dock stora och lantbrukarens åtgärder på gården, både i ekologisk och konventionell produktion, har också stor betydelse.
Forskningssammanställningar som bygger på studier främst i Europa och Nordamerika visar att kväveläckaget i genomsnitt är mindre från ekologiskt brukade arealer än från konventionella, om man räknar förlust per ytenhet [Ref 110][Ref 381]. Skillnaden mellan ekologiskt och konventionellt har beräknats utifrån ett stort antal enskilda studier, både fältförsök och modellberäkningar, och visar att kväveläckaget per ytenhet från ekologiska åkrar kan vara cirka 30 procent mindre än från konventionella arealer [Ref 110] [Ref 381]. Utsläpp av ammoniak per ytenhet har också beräknats vara mindre i ekologiska system men underlaget är begränsat så det går inte att säga säkert hur stor skillnaden är [Ref 110].
När det gäller kväveförluster som kan orsaka övergödning i vattenmiljöer så är det främst en regional och lokal påverkan där det är viktigt att ha låga utsläpp per ytenhet [Ref 381]. Var utsläppen sker, hur stora de är lokalt och hur känslig omgivande miljö är påverkar hur allvarliga konsekvenserna blir för övergödningen. Utsläppen av kväve per kg produkt är dock också en viktig indikator utifrån andra aspekter, där höga utsläpp per kg produkt indikerar att produktionen har en låg kväveeffektivitet och en dålig hushållning med kväve.
Lägre kvävegödsling är den viktigaste faktorn för mindre förluster i ekoproduktionen
Den främsta orsaken till mindre förluster per ytenhet bedöms vara att den totala mängden kväve som tillförs ekologiska åkrar generellt är mindre än till konventionella åkrar [Ref 110][Ref 89]. Svensk gödslingsstatistik (2019) visade att kvävegödslingen på ekologisk åkermark i medeltal var knappt hälften av mängden som tillfördes konventionell åkermark, 61 respektive 120 kg kväve per hektar och år [Ref 527]. Det är både gödselgivorna per hektar som skiljer sig och hur stor andel av marken som gödslas varje år. I ekologisk produktion gödslades 63 procent av marken med någon typ av kvävegödsel, oftast stallgödsel, medan motsvarande siffra för konventionell produktion var 83 procent, oftast i form av konstgödselkväve. I Greppa näringens växtnäringsbalanser på svenska gårdar, främst i södra Sverige, framgår också att betydligt mindre mängden gödsel används i ekologisk än i konventionell produktion [Ref 524]. På växtodlingsgårdarna gödslades de ekologiska åkrarna med i genomsnitt 33 kg kväve per hektar och de konventionella med 120 kg.
Detta speglar skillnaden i växtnäringsförsörjningen där man i ekologisk produktion endast gödslar vissa grödor i växtföljden. Andra grödor försörjs med kväve som frigörs från kväverika baljväxters skörderester och från markens förråd av organiskt bundet kväve. Man odlar mer kvävefixerande baljväxter i ekologisk än i konventionell odling. De hämtar sitt kväve från luften via samspel med jordbakterier och behöver därför inte gödslas med kväve. Den biologiska kvävefixeringen utgör också en större andel av kväveförsörjningen i ekologiskt jämfört med konventionellt [Ref 155][Ref 382][Ref 524].
Biologisk kvävefixering
sker i ett ömsesidigt samspel mellan en vanlig typ av jordbakterie (Rhizobium spp) och baljväxter (t ex klöver, lusern, ärtor, bönor). Bakterierna tränger in i växtens rötter och bildar små rotknölar där ett enzymsystem bildas som kan binda in luftens kvävgas i kväveföreningar som växten kan ta upp. Bakterien får i sin tur kolhydrater från växtens fotosyntes.
Samtidigt som ekologisk produktion genomsnittligt ger mindre risk kväveförluster per hektar finns risk för betydande kväveförluster vid specifika tillfällen då frigörelsen av kväve från växtrester eller organisk gödsel inte matchar den odlade grödans behov av kväve [Ref 89]. Läs mer: Produktionsmetoder med ökad risk för förluster
Osäkerheter och stor variation i resultat
Trots att beräkningar och mätningar visar på mindre kväveförluster från ekologisk produktion i genomsnitt, råder det fortfarande en betydande osäkerhet när det gäller effekter av olika produktionsinriktningar inom ekologisk produktion på övergödande kväveförluster till vatten och luft. Resultaten från olika studier varierar, med många värden för skillnaden mellan ekologiskt och konventionellt som ligger långt från medelvärdet och det gör slutsatserna osäkra [Ref 89]. Olika metoder att mäta eller beräkna förlusterna, fältmätningar eller beräkningsmodeller, ger också ofta olika resultat när man jämför ekologiskt och konventionellt [Ref 110].
I en forskningsgenomgång från 2019 menar författarna att många studier, framförallt fältexperiment, inte varit utformade för att jämföra representativa exempel på de båda produktionssystemen som helhet [Ref 375]. Och om man bara räknar med den del av fältstudierna som uppfyller författarnas kriterier på representativitet och jämförbarhet minskar spridningen och resultatet blir mer entydigt att kväveläckaget per ytenhet är mindre från ekologiska åkrar med enstaka fall där förlusterna är större i ekologisk produktion.
Orsaker till den stora variationen i resultat
Det är framförallt resultaten från mätningar av kväveförluster i fältstudier som varierar kraftigt och i ett antal fall är förlusterna större i ekologiska försöksled [Ref 110]. Lantbrukets produktionssystem är komplexa och många faktorer påverkar risken för kväveförluster, såsom vilka grödor man odlar och hur man gödslar och bearbetar jorden. Odlingssystem och djurhållning ser också olika ut inom ekologisk respektive konventionell produktion. Det är därför inte förvånande med varierande resultat som orsakas av hur de ekologiska och konventionella system man jämför är utformade [Ref 375]. Det är ofta svårt att utifrån designade fältexperiment skala upp resultaten till hur det ser ut i verkligheten [Ref 155]. Enskilda studier som finns med i forskningsöversikterna är ibland utformade för att studera hur olika odlingsåtgärder i ekologiska och konventionella system (fånggrödor, tidpunkter för jordbearbetning, gödslingsstrategier) påverkar kväveförlusterna, inte primärt för att jämföra ekologiskt och konventionellt i sin helhet. Sådana studier bidrar till den stora spridningen i resultat.
I studier där man använde modeller för att beräkna förlusterna, bland annat livscykelanalys (LCA), var resultaten mer samstämmiga och förlusterna per ytenhet var tydligt mindre från ekologisk produktion [Ref 110]. I LCA används ofta modellgårdar som är designade att vara representativa för respektive produktionsform, vilket kan medföra att det blir mindre skillnader mellan studier. I en större sammanställning av forskningsresultat påpekas dock att modellstudierna kan överskatta det ekologiska lantbrukets minskning av kväveförlusterna eftersom faktiska mätningar inte görs [Ref 110].
Större övergödningspotential i ekologisk produktion per produkt
Om man fördelar kväveförlusterna på de produkter som produceras blir förlusterna ibland likartade med ofta större för ekologiska produkter eftersom skördarna är mindre [Ref 110][Ref 183]. Flera forskningssammanställningar har dock visat att kväveförlusterna i ekologisk mjölkproduktionen tenderar att vara något mindre eller ligga på samma nivå även per kg producerad mjölk [Ref 110][Ref 183]. Som beskrivs ovan bedöms dock utsläpp per ytenhet som ett mer relevant mått på risk för övergödande förluster av kväve än förluster per kg produkt. När det gäller klimatpåverkan däremot, spelar det ingen roll var utsläppen sker och det blir mer meningsfullt att mäta utsläppen per kg produkt.
Större kväveöverskott på konventionella än på ekologiska gårdar
Kvävebalanser, se faktaruta, anses vara en användbar indikator för att bedöma risk för kväveförluster [Ref 376]. Man kan dock inte bedöma förlustrisken utifrån en balans från ett enskilt år, utan ett större material under flera år är nödvändigt. I danska långliggande försök fann man exempelvis en god överensstämmelse mellan kväveöverskott i balanser och kväveläckage över tid [Ref 377]. För att kvävebalanser ska vara användbara både för att bedöma risk för förluster och för att förbättra hushållningen med kväve är det viktigt att analysera olika produktionsgrenar var för sig såsom växtodling, trädgårdsodling, mjölkproduktion och gårdar med köttproduktion [Ref 534].
I konventionell djurhållning har man generellt en intensivare produktion med större inköp av foder och konstgödsel och överskotten av kväve per hektar är ofta betydligt större på konventionella djurgårdar än på motsvarande ekologiska. En del kväve förloras genom kväveläckage till vatten och på djurgårdarna sker också en stor del av kväveförlusterna i form av ammoniak från hantering av stallgödseln. Förlusterna från gödseln påverkas av faktorer som temperatur, lagrings- och spridningsmetod och det finns inget som tyder på skillnader i hanteringen av gödseln mellan ekologiska och konventionella gårdar.
Kväveöverskottet i en kvävebalans för en gård
är den mängd kväve av det tillförda kvävet på gården (inköpt gödsel och foder, biologisk kvävefixering och kvävenedfall från luften), som inte återfinns i de grödor eller i de animalieprodukter som säljs från gården. Kväveöverskottet riskerar att förloras till miljön genom läckage av nitratkväve till vatten och ammoniakförluster till luft, vilket bidrar till bland annat övergödning. Läs mer i Källor till övergödande utsläpp från lantbruket
Förluster sker också från marken via så kallad denitrifikation, det är en biologisk process där kväveföreningar omvandlas till kvävgas. Kvävgas ger inte negativ miljöpåverkan men vid kväveomvandlingen bildas en liten mängd lustgas som är en kraftfull växthusgas.
En viss del av kväveöverskottet kan också bindas in i markens mull. Vid beräkning av gårdsbalanser av kväve så räknas mullinbindningen alltid som en restpost i kväveöverskottet, medan de andra posterna som nämns ovan kan beräknas med hjälp av datamodeller.
Överskott i kvävebalanser och därmed också förlustrisken är betydligt större på gårdar med djurhållning än på växtodlingsgårdar. Det gäller både ekologiska och konventionella gårdar. Det förklaras av att det är mer komplexa produktionssystem, man har förluster både vid odling av foder och i djurhållningen, inte minst från gödselhanteringen [Ref 155][Ref 414]. Officiell svensk statistik visar också att kväveöverskotten är större ju högre djurtäthet man har på gården [Ref 398]. En stor europeisk forskningssammanställning av växtnäringsbalanser på ekologiska gårdar visade stora skillnader i kväveöverskott mellan olika produktionsinriktningar [Ref 534]. Gårdar med enbart växtodling hade små kväveöverskott medan djurgårdar och specialiserade trädgårdsföretag hade större överskott.
Ett stort antal kvävebalanser mellan åren 2001 och 2006 från gårdar anslutna till det svenska rådgivningsprogrammet Greppa Näringen visade mindre genomsnittliga kväveöverskott i ekologisk produktion på mellan 17 procent (växtodlingsgårdar utan djur) till och 38 procent (mjölkgårdar)[Ref 155]. En ny analys av Greppa näringens växtnäringsbalanser från år 2010-2016 visade att skillnaderna mellan konventionella och ekologiska gårdar består, men att skillnaderna förstärkts [Ref 524]. Balanserna visade mindre genomsnittliga kväveöverskott i ekologiska system på mellan 30 procent (växtodlingsgårdar utan djur) och 46 procent (mjölkgårdar). Man bör dock påpeka att det finns en betydande osäkerhet i beräkningar av överskotten, inte minst i beräkningen av tillförseln av kväve via den biologiska kvävefixeringen [Ref 382].
Foto: Janne Nordlund Othén/SLU
I den första analysen av kvävebalanser som nämns ovan köpte de ekologiska generellt in mindre foder och gödsel än konventionella mjölkgårdar, men tillförde mer kväve via biologisk kvävefixering I analysen av kvävebalanser som nämns ovan köpte de ekologiska generellt in mindre foder och gödsel än konventionella mjölkgårdar, medan införseln av kväve via biologisk kvävefixering var större [Ref 155]. Kväveinköpen/införseln till mjölkgårdarna var sammantaget betydlig större på de konventionella gårdarna och trots en större produktion av livsmedel som såldes från gården per hektar var överskotten betydligt större än på ekologiska mjölkgårdar, 136 kg kväve jämfört med 84 kg kväve per hektar och år.
I en studie av svenska mjölkgårdar, växtnäringsbalanser från åren 2004-2014, även den utifrån Greppa näringens gårdsbalanser, var den genomsnittliga djurtätheten per hektar nästan 50 procent större på de konventionella gårdarna än på de ekologiska [Ref 382]. Foderinköpen per hektar var mer än dubbelt så stora, och man gödslade både med stallgödsel från de egna djuren och med inköpt konstgödselkväve. Medeltalet för kväveöverskotten på ekologiska respektive konventionella mjölkgårdar var av samma storleksordning som studien ovan med ett betydligt större överskott på de konventionella gårdarna.
Odlingsåtgärder kan minska riskerna för kväveförluster
Trots att överskott i kvävebalanser indikerar risken för kväveförluster över tid så är kopplingen mellan tillförsel och förluster inte direkt. Hur stora mängder växtnäring som cirkulerar på gården sätter gränsen för hur stora förlusterna maximalt kan bli, men många andra faktorer påverkar hur stora de faktiskt blir [Ref 416]. Det är inte bara naturgivna förutsättningar som temperatur, nederbörd, jordart och mullhalt, utan också odlingstekniska val som lantbrukaren kan göra. Höst- eller vårplöjning styr när växtnäringen i skörderesterna frigörs. Fånggrödor (mellangrödor) som håller marken bevuxen över vintern hindrar kväveläckage. Tak över gödsellager och spridningsteknik som myllar ner gödseln i jorden istället för att lägga den på markytan hindrar kväve att försvinna som ammoniak.
Sådana tekniska åtgärder används både i ekologisk och konventionell produktion, och det finns inga belägg för några större skillnader. Fånggrödor användes exempelvis i lika stor omfattning på ekologiska gårdar som på konventionella enligt insamlade data från rådgivningsprojektet Greppa näringen [Ref 155][Ref 417][Ref 418]. I Nordeuropa har en del förlustbegränsande metoder snabbt fått stor spridning genom en kombination av rådgivning, ekonomisk stimulans och lagstiftning. I Sverige sprids nu mer än 70 procent av all flytgödsel med släpslang eller myllningsaggregat, som kan halvera ammoniakförlusterna jämfört med bredspridning som var dominerande för bara 10-15 år sedan. Fånggrödor, som i genomsnitt kan minska nitratförlusterna med omkring 40 procent, odlas efter ungefär en tiondel av de ettåriga grödorna i både Danmark och Sverige [Ref 419].