Maanparannusaineet maaperän hiilitasetta nostamassa

Transkriptio

1 Maanparannusaineet maaperän hiilitasetta nostamassa Sari Luostarinen Erikoistutkija, FT, Dos. Yhteistyössä: Tapio Salo, Kristiina Regina ja Jaakko Heikkinen 1 JärkiPelto

2 Maatalousmaiden hiilivarastojen rooli ilmastopolitiikassa korostuu YK:n ilmastosopimus (vuotuinen raportointi) EU:n LULUCF-päätöksen mukainen raportointi maatalousmaan hoidon vaikutuksesta Ranskan tekemä 4/1000 -aloite maaperän hiilen sitomisen edistämiseksi Pariisin ilmastosopimuksen kaudella (2020 ) maatalousmaan hoidon hiilitase on yhä tärkeämmässä roolissa linkki taakanjakosektorille (jos maankäytöstä enemmän päästöjä kuin poistumia, muut sektorit joutuvat korvaamaan) YK:n ilmastosopimus Kioton pöytäkirja Pariisin sopimus Kioto 1. Kioto 2. Agreement Pariisin sopimus JärkiPelto

3 Peltomaan kunto ja hiilitase kiinnostaa muutenkin, koska se vaikuttaa Maaperän rakenteeseen Mururakenteen kestävyys Muokkautuvuus Veden varastoituminen ja hyvä liikkuvuus Riittävä ilmatila juuristolle Maaperän mikrobistoon (toiminta, mikrobimassa) Ravinteiden vapautumiseen ja pidättymiseen Satotasoihin Päästöjen hallintaan 3 JärkiPelto

4 Maatalousmaiden hiilivarasto Pohjois-Euroopassa hiilipitoisuudet ovat korkeita selittyy turv la, mutta myös kivennäismaiden hiilipitoisuus meillä korkeampi kuin Euroopassa keskimäärin Suuri hiilipitoisuus voi myös muodostaa riskin isoille päästöille Maatalousmaan hiilivarasto % pienempi kuin luonnontilaisten maiden Kivennäismaiden pelloissa havaittu laskeva trendi 4 JärkiPelto

5 Hiiltä voi lisätä peltoon Periaatteessa mitä enemmän lisätään orgaanista ainesta maahan, sitä enemmän sen hiiltä voi maahan sitoutua Yhteys ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen: Uuden aineksen lisääminen voi kiihdyttää vanhan hiilen hajotusta (priming effect) Hiilivaraston kasvaessa sitoutumispotentiaali heikkenee Pelkät kasvintähteet eivät ylläpidä maan hiilivarastoa Ultunan vuonna 1956 aloitettu pitkäaikaiskoe (Kätterer ym. 2011): Vuotuinen hiilivarastomuutos vuotuisen hiilisyötteen funktiona. Kokeen 15 eri käsittelyä on jaettu kuuteen ryhmään: vain kasvintähteet, sahajauho, turve, viherlannoitus (GM), jätevesiliete (SS) ja kuivikelanta (FYM). Thomas Kätterer, Martin Anders Bolinder, Olof Andrén, Holger Kirchmann, Lorenzo Menichetti. Roots contribute more to refractory soil organic matter than above-ground crop residues, as revealed by a long-term field experiment. Agriculture, Ecosystems & Environment141, 2011, JärkiPelto

6 Esimerkki pitkäaikaisesta kenttäkokeesta: Puhdistamolietepohjaiset materiaalit, Ruotsi, 4 koepaikkaa Aloitettu 1956, 2 x 1981 ja 1997 Lisäysmääriä Hiiltä 4 tn /ha joka toinen vuosi Kuiva-ainetta 4-12 tn/ha joka neljäs vuosi Kuiva-ainetta 8 tn joka toinen vuosi Kevätviljoja, kyntö Savesta 14-42% 6 JärkiPelto

7 Hiilen lisäys, esimerkkinä 2-vuoden komposti ka. = 20%, hiilipitoisuus 66 kg/tuoretonni Maanparannusaineissa lisättävän hiilen määrää rajoittavat usein ravinteet. Levitysperuste tn/ha vettä kg/ha sateena mm kg ka/ha P 10 kg/ha 19, , P 50 kg/ha 96, , Levitysperuste Kok-N kg/ha Liuk-N kg/ha Kok-K kg/ha C kg/ha P 10 kg/ha P 50 kg/ha Mitä 6400 kg/ha hiiltä merkitsee? Jos multava kivennäismaa, jossa 5% orgaanista ainesta, niin hiiltä on 2,6%, ja 20 cm kerroksessa hiiltä kg/ha. 7 JärkiPelto

8 Maanparannusaineet ja kasvibiomassa Sisältävät orgaanista ainesta / hiiltä Kasvintähteet ja -juuret Kotieläinten lanta (sellaisenaan) Mädätysjäännökset (biojäte, puhdistamoliete, sivuvirrat) Sellaisenaan, kuivajae, nestejae Kompostit (biojäte, puhdistamoliete, sivuvirrat) Biohiilet Sivutuotteita Perunan soluneste Metsäteollisuuden lietteet yms. 8 JärkiPelto

9 Orgaanisen materiaalin hajoaminen osa hiilestä poistuu hiilidioksidina, osa siirtyy humukseen ja osa jatkaa kierrossa Jansson: CoupModel-ohjekirje 9 JärkiPelto

10 Hiilen pysyvyys maassa, kompostin kypsyys Hengitysnopeuden vaikutus; alussa 19 tai 2 g CO2-C / kg ka /vrk 10 JärkiPelto

11 Muhituskokeet (N ja C) Sekoitetaan 1-3 g tutkittavaa materiaalia 50 g maata Säilytys 15 C vakiolämpötilassa Mitataan suljetussa astiassa vapautuva hiilidioksidi sitomalla se natriumhydroksidiin Maanäytteitä kierrätetään mittauksissa Mittausajat 0,1, 3, 6, 10, 14, 21, 31, 41, 55, 80, 104, 132, 167, 216 vrk Vähennetään pelkän maanäytteen hiilidioksidituotto materiaalin + maan tuotosta Liukoisen typen mittaukseen otetaan näytteitä 0, 4, 11, 22, 42, 81, 168 ja 217 vrk Määritetään ammonium- ja nitraattityppi 2M KCl-uutosta Vähennetään pelkän maanäytteen epäorgaanisen typen määrä materiaalin + maan tuotosta 11 JärkiPelto

12 Lisätyn orgaanisen aineksen hajoaminen Lisätyn hiilen vapautuminen hiilidioksidina Raiheinä Sian lietelanta CO2-C % lisätystä Naudan lietelanta Biojätekomposti Mädätetty puhdistamoliete Madätetty sian liete Kuivattu puhdistamoliete Kompostoitu liete 1 Kompostoitu liete JärkiPelto

13 KHK-inventaariomenetelmä maaperän hiilitaseen seurannassa Agricultural statistics Lasketaan ELY-keskuksittain satotiedoista ja viljelyaloista kasvintähteiden hiilisyöte + eläintilastoista lannan hiilisyöte Laskentaan pyritään lisäämään muutkin maanparannusaineet / orgaaniset lannoitevalmisteet Simuloidaan näiden eloperäisten materiaalien hajoamista maassa Yasso-mallilla saadaan maaperän hiilivaraston muutos, joka raportoidaan CO 2 - päästönä/nieluna Animal numbers Manure management Calculation of manure production and conversion to carbon input to soils Weather data Hankkeen tulosten perusteella saadaan lisättyä maanparannusaineet Yasso07 (Tuomi et al. 2008) SOC dynamics and CO 2 emissions Cultivation areas Yields Conversion of yields to annual carbon input to soils (Bolinder et al with national conversion factors) Model initialisation 13 JärkiPelto

14 MAHTAVA-hankkeessa Määritetään kemiallinen laatu isosta joukosta maanparannusaineita ja vastaavia materiaaleja Happoliukoinen, vesiliukoinen, etanoliliukoinen ja liukenematon osite Mitataan hiilidioksidin tuottoa maahan sekoitetuista materiaaleista laboratoriossa Mitataan materiaalien hajoamista maassa karikepusseissa Etsitään tilastollista yhteyttä kemiallisen laadun ja hajoamisen välillä Tarkastellaan, kuvaavatko Yasso mallin funktiot myös maanparannusaineiden hajoamista Mallinnetaan maanparannuksen hiilivarastovaikutuksia alueellisesti Suomessa 14 JärkiPelto

15 Analysoitavat materiaalit Tyyppi Komposti Metsäteollisuuden sivutuotteet Alus- ja kerääjäkasvit Lannat Jätevesiliete-pohjaiset lannoitevalmisteet Mädätetty kasvimassa Biohiili Materiaali 1 Järviruokokomposti 2 Kasvintähdekomposti 3 Nollakuitu 4 Kalkkistabiloitu liete 5 Liete 6 Raiheinä + juuret 7 Puna-apila + juuret 8 Lietelanta, sika (raaka) 9 Lietelanta, sika (mädätetty ja separoitu) 10 Lietelanta, nauta (raaka) 11 Lietelanta, nauta (mädätetty) 12 Lietelanta, nauta (separoitu) kuivajae 13 Kuivalanta, siipikarja (kompostoitu) 14 Kuivalanta, hevonen (palanut) 15 Kuivalanta, hevonen 16 Puhdistamoliete 17 Mädätetty liete, kuivajae (sianliete 25%+teollisuuden massat) 18 Kompostoitu jätevesiliete + turve (1:1) 19 Nurmi 20 Nurmi + biojäte 21 HTC (Paju) 22 Hidas pyrolyysi (Mänty, kuori) 23 Torrefikaatio (Kuusi) 15 JärkiPelto

16 Kemiallinen koostumus vs. mallinnettu hajoaminen Mitä enemmän liukenematonta hiiltä, sitä enemmän hiiltä jää maahan 16 JärkiPelto

17 Karikepussit vs. Yasso07-malli 17 JärkiPelto

18 Karikepussit R BAG =hajoamiskerroin karikepussissa 18 JärkiPelto

19 Alustavia tuloksia Orgaanisen aineksen hajoaminen riippuu pääasiassa sen alkuperäisestä kemiallisesta laadusta Orgaanisten massojen prosessointi lisää niiden pysyvyyttä maaperässä Kasvien juuret hajoavat hitaammin kuin maanpäällinen biomassa Yasso07-malli yliarvioi orgaanisen aineksen stabiilin osuuden 19 JärkiPelto

20 Kiitos! 20 JärkiPelto