Klimatet tar knäcken på planetens näringskedja

Växter får koldioxidförstoppning

De klimatförändringar som nu inträffar har orsakats av förbränning av fossila bränslen – kol, gas och olja – som medför utsläpp av växthusgaser. Förbränningen ökar koncentrationen av koldioxid i atmosfären och ger upphov till den så kallade växthuseffekten.

Ordet ”växthuseffekt” låter kanske som någonting som är bra för växterna, och det är faktiskt inte helt fel.

Växter, både tistlarna i häcken och spannmålet på åkrarna, lever av energi från solens ljus, näringsämnen i marken och kol, som bladen tar ur atmosfärens koldioxid i vad som kallas fotosyntes. Så om koncentrationen av koldioxid i atmosfären är högre finns det mer kol till växterna, som då också växer mer.

Problemet är dock att vi människor inte bara behöver inta en viss volym mat. Vi behöver få i oss exempelvis proteiner, vitaminer och mineraler, men när växterna blir större försämras också deras förmåga att tillgodose våra behov på det här området.

Ris är den huvudsakliga näringskällan för över två miljarder människor. Forskare vid det kinesiska institutet för jordstudier i Nanjing har undersökt hur en högre andel koldioxid i atmosfären påverkar denna viktiga gröda.

Forskarna utsatte försöksodlingar med 18 sorters ris för den förhöjda nivå av koldioxid i atmosfären som experter förväntar sig senare under det här århundradet.

Efter skörden konstaterade forskarna att innehållet av protein, järn, zink och olika vitaminer var betydligt lägre än i det ris som skördades på kontrollodlingen.

Forskarna vet inte vilket den exakta sambandet är, men de förädlade grödor som vi i dag använder oss av runtom i världen tycks vara beroende av en väl avvägd balans mellan näringsämnena i jorden och koldioxiden i atmosfären.

Om den balansen rubbas kan det få negativa konsekvenser för växternas förmåga att fungera som näringskälla åt oss.

Även andra studier visar att grödor som vete och sojabönor försämras av en högre andel koldioxid i atmosfären, men forskarna hoppas att de kan använda dessa kunskaper för att välja ut de sorter som är mest resistenta mot en högre andel koldioxid och vidareutveckla dem för att få fram framtidens högproducerande grödor.

Supervete tål värmen

Spannmålen behöver emellertid inte bara anpassas till högre koncentrationer av växthusgaser. En annan stor utmaning är framtidens torrare och varmare klimat, som minskar skördarna på tidigare produktiva jordbruksmarker. Bara två graders temperaturökning kan halvera skörden på ett vetefält.

Under loppet av årtusenden kan växter anpassa sig till klimatförändringar, men i den takt förändringarna nu sker behöver de hjälp, av exempelvis biologer som Elizabete Carmo-Silva vid Lancaster University i England. Tillsammans med sina kollegor har hon utvecklat en vetesort som tål höga temperaturer betydligt bättre.

I växter regleras tillväxten av ett enzym. När det är mycket ljus mitt på dagen ökar tillväxten och när ljuset blir svagare låter enzymet växten vila.

Enzymet i vanligt vete är dessvärre inte särskilt värmetåligt. Om temperaturen stiger över 30 grader kan ämnet inte aktivera tillväxten, vilket leder till sämre skördar.

Tillsammans med sina kollegor har Carmo-Silva hittat ett annat enzym i växten, som inte har problem med värme. I laboratoriet har de sedan anpassat det värmetåliga enzymet, så att det kan aktivera tillväxt.

Resultatet är en vetesort som ger stora skördar även om temperaturen stiger så mycket som till 35 grader.

I framtiden kan anpassade grödor som Carmo-Silvas vete bidra till att förhindra svält. En annan metod är att använda existerande grödor och i stället anpassa odlingsplatsen. Det är vad företag som Nordic Harvest gör.

Företaget är ett av de ledande inom området vertikal odling, där grödor odlas inomhus i flera våningar under noga kontrollerade förhållanden.

Ljuset kommer från lysdioder, vattnet återanvänds och i odlingslådorna ersätts jorden av näringsrikt vatten, utan vare sig skadedjur eller sjukdomar, som annars kan göra det nödvändigt med bekämpningsmedel.

Resultatet är rena livsmedel med lång hållbarhet, som kan skördas 14 gånger om året och kräver väldigt lite plats. I en 1 000 kvadratmeter stor hall är produktionen lika stor som på en 250 000 kvadratmeter stor åker under bar himmel.

Metoden är så effektiv att Nasa planerar att använda sig av något liknande under sina resor till Mars. Med en ren och effektiv odling som inte är beroende av väder och vind kan framtidens astronauter komplettera exempelvis frystorkad mat med färska grönsaker som de odlar under resans gång.

Än så länge används vertikal odling huvudsakligen vid produktion av växter som vi äter det mesta av, till exempel sallad och örter. De vertikala odlingarna blir emellertid allt effektivare, och försök med att kombinera odlingsformen med fiskodling ligger också långt fram.

Denna metod kallas akvaponik. Tanken är att fiskarna simmar i samma vatten som används till växterna och att vattnet tillförs de näringsämnen som växterna behöver genom fiskarnas avföring.

Utmaningen är att noga kontrollera tillförseln av näring till fiskarna, så att den vertikala odlingen blir en sluten miljö i perfekt balans och får ett överskott av både växter och fiskar, som kan användas som mat.

Jordbruket går till sjöss

Andra projekt handlar inte om att ta med sig fiskarna upp på land, utan att i stället bedriva jordbruk i fiskarnas domän, under havsytan.

Världshaven täcker 70 procent av planeten och det genomsnittliga djupet är närmare 4 000 meter. Längs kontinenternas dryga en miljon kilometer långa kuststräckor finns det emellertid gott om områden med grunt vatten, som lämpar sig väl för livsmedelsproduktion. Det kan innebära en mångdubbling av planetens odlingsbara yta.

Tång, som kan vara både växter och stora alger, har använts som näringskälla i tusentals år. Den har många fördelar jämfört med exempelvis ris, majs och vete. Grödan kräver varken konstbevattning, bekämpningsmedel eller gödning och den innehåller massor av protein och vitaminer.

Dessutom växer vissa tångarter extremt snabbt. Tång ökar också den biologiska mångfalden genom att förbättra havsmiljön och fungera som hemvist åt stora mängder djur.

I dag skördas cirka 35 miljoner ton tång om året, nästan uteslutande i Asien. Det nederländska konsortiet North Sea Farmers har dock planer på att producera betydligt större mängder tång i Europa.

På ett testområde tolv kilometer utanför Nederländernas kust har North Sea Farmers under ett antal år experimenterat med en flytande gård där brunalger växer i särskilda rör nära ytan, som hålls fast av ett ankare på bottnen.

Nästa steg är invigningen av en kommersiell, 1,6 miljoner kvadratmeter stor gård. Där ska skörden inte ske för hand, som på de asiatiska odlingarna, utan med effektiva maskiner som kan operera i alla väder.

Den nya tångodlingen, som ska ligga nära en vindkraftspark för att inte påverka fartygstrafiken, ska producera över 1 000 ton om året.

Det finns gott om plats att utveckla framtidens undervattensodling. De nederländska myndigheterna ska avsätta 400 kvadratkilometer hav till odlingsformen och därmed möjliggöra en årlig produktion av uppemot 250 miljoner ton tång.

All denna tång ska inte enbart användas som livsmedel. Tång används även som djurfoder och gödning samt inom läkemedelsindustrin.

Dessutom binder brunalgerna ungefär dubbelt så mycket koldioxid som en motsvarande yta täckt av skog, så de stora områdena med tång kan inte bara ersätta uttorkade åkrar på land. De kan också motverka själva grundorsaken till den globala uppvärmningen och de uttorkade sädesfälten.