SUOPELTOJEN KASVIHUONEKAASUPÄÄSTÖT K8-KUNNISSA ETELÄ-POHJANMAALLA

Transkriptio

1 SUOPELTOJEN KASVIHUONEKAASUPÄÄSTÖT K8-KUNNISSA ETELÄ-POHJANMAALLA Laura Lundgren Helsingin Yliopisto Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Ympäristöbiologia Pro gradu -tutkielma Kesäkuu 2011

2 Tiedekunta/Osasto Fakultet/Sektion Faculty Laitos Institution Department Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta Ympäristötieteiden laitos TekijäFörfattare Author Laura Lundgren Työn nimi Arbetets titel Title Suopeltojen kasvihuonekaasupäästöt K8-kunnissa Etelä-Pohjanmaalla Subject ympäristöbiologia Level Pro gradu -tutkielma Tiivistelmä Referat Abstract Month and year kesäkuu 2011 Sivumäärä Sidoantal Number of pages 79s. + 3 liitettä On hyvin todennäköistä, että ihmisten toiminnan seurauksena kasvaneet kasvihuonekaasupitoisuudet ilmakehässä ovat voimistaneet kasvihuonekaasuilmiötä ja aikaansaanet ilmastonmuutosta, joka aiheuttaa ihmisten ja luonnon kannalta haitallisia sekä peruuttamattomia muutoksia ympäristössä. Eloperäisten maannosten, joihin turvemaannokset kuuluvat, viljelystä muodostuu enemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin kivennäismaiden viljelystä. Suopellot ovat maanviljelykseen ojitettuja turvemaita, joiden kasvihuonekaasupäästöt syntyvät maannoksen turpeen hajoamisesta. Tietyt viljely- ja maanmuokkausmenetelmät hidastavat maannoksen turpeen hajoamista, mikä mahdollistaa suopeltojen hyödyntämisen päästövähennysten aikaansaamisessa. Tarkastelin tässä työssä suopeltojen hiilidioksidi- (CO 2 ), dityppioksidi- (N 2 O) ja metaanipäästöjä (CH 4 ) sekä keinoja vähentää niitä Suomen olosuhteissa ja mahdollisuuksia hyödyntää suopeltoja ilmastopolitiikan tavoitteiden saavuttamisessa. Tutkimushypoteesina oli, että muuttamalla suopeltojen käyttömuotoja ilmastomyönteisemmiksi K8- kunnissa (Alavus, Ilmajoki, Jalasjärvi, Lapua, Kauhava, Kurikka, Kuortane ja Seinäjoki) Etelä-Pohjanmaalla voidaan saavuttaa merkittäviä kasvihuonekaasupäästövähennyksiä. Laskin K8-kuntien suopelloille kasvihuonekaasupäästötaseet CO 2 -, N 2 O- ja CH 4 -päästöjen osalta vuodelta 2008 käyttäen kahta eri aineistoyhdistelmää suopeltojen pinta-alojen ja käyttömuotojen jaon määrittämiseen: Suomen maannostietokantaa ja peltolohkorekisteriä sekä Viljavuustilastoa ja maatilarekisteriä. Muodostin vuoden 2008 suopeltojen taseiden pohjalta neljä päästöskenaarioita (Nurmi-, Tuotanto-, Luopumisen- ja Hylkäämisenskenaariot) ja niiden mukaiset suopeltojen vaihtoehtoisten käyttömuotojen kasvihuonekaasutaseet kuvaamaan tilannetta, jossa K8-kuntien suopeltoja hyödynnettäisiin vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä tuottavalla tavalla. Viljavuustilaston ja maatilarekisterin perustuva suopeltojen määritelmä selkeästi aliarvioi suopeltojen pinta-alat K8-kunnissa ja laskin päästötaseet lopulta vain Maannostietokannan ja peltolohkorekisterin mukaan. Vuonna 2008 suopeltojen pinta-ala oli K8-kunnissa ha (17 % peltopinta-alasta) ja noin puolet suopelloista oli vilja- ja puolet nurmiviljeltyjä. Suopeltojen kokonaiskasvihuonekaasutase oli ( ) CO 2 -ekv. t a -1 ja pinta-alaan nähden ( ) CO 2 -ekv. g m -2 a -1. Kokonaiskasvihuonekaasupäästöistä hiilidioksidin osuus oli noin 80 % ja dityppiokdisin noin 20 %. Yksityiskohtaisimpiin ja totuudenmukaisimpiin tuloksiin päästäisiin, jos kuntatason suopeltojen kasvihuonekaasutaseet laskettaisiin määrittämällä maatalousmaiden pinta-ala ja turvemaannosten osuus Maannostietokannasta ja suopeltojen käyttömuodot maatilarekisterin mukaan. Päästöskenaariot osoittivat tutkimushypoteesiin todeksi: muuttamalla suopellot kesannoiksi ja metsämaiksi päästöt vähenivät 64 % ja suopeltojen ollessa pelkästään eriasteisessa nurmituotannossa 21 % vuoden 2008 tasoon verrattuna. Merkittäviä päästövähennyksiä saavutettiin skenaarioissa vain huomattavilla suopeltojen käyttömuotojen muutoksilla mutta saman suuruusluokan päästövähennyksiin päästiin erilaisilla ilmastomyönteisempien käyttömuotojen yhdistelmillä. Aktiivisen viljelyn jatkuessa K8-kunnissa, niin että suopelloista noin yksi kolmasosa oli viljaviljeltyä ja yksi kolmasosa nurmiviljeltyä päästövähennykset olivat 9 % vuoden 2008 tasosta. Skenaarioiden perusteella suopellot K8-kunnissa eivät sovellu yli 70 % päästövähennysten tavoitteluun ainakaan vuoden 2008 tasoon verrattuna, mutta määrällisesti päästövähennykset olivat merkittäviä. Päästöskenaariosta riippumatta päästövähennykset olivat K8-kuntien suopelloilla CO 2 -ekv.t a -1 ( CO 2 -ekv. g m -2 a -1 ). Avainsanat Nyckelord Keywords suopellot, eloperäiset peltomaat, kasvihuonekaasupäästötase, kasvihuonekaasupäästöskenaario, ilmastonmuutos, CO 2, N 2O, CH 4 Säilytyspaikka Förvaringställe Where deposited Helsingin yliopiston kirjasto, Viikin kampuskirjasto Muita tietoja Övriga uppgifter Additional information

3 Sisällysluettelo 1. Johdanto Suopellot Suomessa Viljeltyjen turvemaiden ominaisuuksia Suopeltojen ilmastovaikutukset Suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjen muodostuminen Suopeltojen hiilidioksidipäästöt (CO 2 ) Suopeltojen dityppioksidipäästöt (N 2 O) Suopeltojen metaanipäästöt (CH 4 ) Suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiskeinot Kasvipeitteisyyden lisääminen suopelloilla Maanparannuksen ja muokkauksen vaikutukset Suopeltojen hylkääminen ja metsittäminen Kuntatason kasvihuonekaasuinventaariot ja suopellot Kansalliset kasvihuonekaasuinventaariot IPCC:n ohjeistus eloperäisille peltomaille Kasvihuonekaasuinventaarion eloperäisten peltomaiden N 2 O-päästöt Kasvihuonekaasuinventaarion eloperäisten peltomaiden CO 2 -päästöt Tutkielman tavoitteet Aineisto ja menetelmät Tutkimusalue K8-kuntien suopeltojen kasvihuonekaasutaseet Suomen maannostietokanta Peltolohkorekisteri Viljavuustilasto Maatilarekisteri K8-kuntien suopeltojen vaihtoehtoiset kasvihuonekaasutaseet Vaihtoehtoisten taseiden päästötavoitteiden määrittäminen Vaihtoehtoisten taseiden ja päästöskenaarioiden muodostaminen K8-kuntien suopeltojen päästöskenaariot Tulokset Peltomaan kokonaispinta-alat ja eri maannostyyppien osuudet siitä Käyttömuotojen osuus suopeltopinta-aloista Suopeltojen kokonaiskasvihuonekaasutaseet Vaihtoehtoiset taseet ja päästöskenaariot Nurmi-päästöskenaario Tuotanto-päästöskenaario Luopumisen-päästöskenaario Hylkäämisen-päästöskenaario Tulosten tarkastelu Peltomaiden ja suopeltojen pinta-alat Suopeltojen käyttömuotojen jakautuminen Suopeltojen kokonaiskasvihuonekaasutaseet K8-kuntien suopeltojen ja muiden kuntatason päästötaseiden vertailu Suopeltojen haasteellisuus päästöinventaarioissa Vaihtoehtoisten taseet ja päästöskenaariot Suopellot ilmastopoliittisessa viitekehyksessä Kiitokset Lähdeluettelo LIITEET... 80

4 1. Johdanto Ihmisten toiminta enimmäkseen fossiilisten polttoaineiden poltto ja maankäytön muutokset ovat aiheuttaneet huomattavia kasvihuonekaasupäästöjä kiihtyvällä vauhdilla esiteollisesta ajasta eli 1750 luvulta lähtien. Päästöistä merkittävimpiä ovat hiilidioksidi (CO 2 ), metaani (CH 4 ) ja dityppioksidi (N 2 O). Muita ilmastonmuutokset vaikuttuvia päästöjä ovat esimerkiksi mustahiili, noki, ilmakehän pienhiukkaset (aerosolit) ja CFS-yhdisteet (freonit). Ilmakehässä kasvihuonekaasut sitovat auringon lämpösäteilyä ja näin voimistavat kasvihuoneilmiötä, mikä puolestaan aiheuttaa ilmastonmuutosta. Vuonna 2005 ilmakehän CO 2 - ja CH 4 pitoisuudet olivat korkeammat kuin koskaan viimeisen vuoden aikana. (Solomon ym. 2007) Ilmaston muuttuessa ympäristössä tapahtuu ihmisten ja luonnon kannalta haitallisia muutoksia, minkä takia ilmastonmuutosta pyritään hillitsemään (Solomon ym. 2007). Ihmisten toiminnan suorat ja epäsuorat vaikutukset ilmastojärjestelmään pyritään rajaamaan ilmastojärjestelmän kannalta vaarattomiksi vähentämällä kasvihuonekaasupitoisuuksia ilmakehässä (YK 1992). Ilmasto on kuitenkin monimutkainen ja vain osittain ymmärretty järjestelmä, joka on monien takaisinkytkentöjen kautta yhteydessä aineen ja energian kiertoihin vesi-, maa- ja koko eliökehässä. Ihmisten toiminta vaikuttaa ilmastonmuutokseen kasvihuonekaasupäästöjen lisäksi muuttamalla näitä takaisinkytkentöjä esimerkiksi vähentämällä maanpinnan heijastavuutta (albedoa) ja vaikuttamalla veden kiertoon ja sitä kautta paikallisilmastoon (Solomon ym. 2007) Maailmanlaajuisesti maaperän maannoksiin on varastoitunut kolminkertainen määrä hiiltä, kuin maailman kasvillisuuteen ja kaksi kertaa niin paljon, kuin ilmakehässä on hiiltä erilaisina kaasuina tällä hetkellä (Gorham 1991). Maanmuokkaus vapauttaa maannoksen hiilivarastoja. Metsäkato, maanviljelys, uusien peltojen raivaus ja riisiviljely ovat yksiä suurimmista kasvihuonekaasupäästölähteistä. Ihmisten toiminnan seurauksena vuonna 2004 ilmakehään vapautui kasvihuonekaasuja maailmanlaajuisesti 49,0 Gt CO 2 -ekv. a -1, josta 13,5 % oli maataloussektorin päästöjä. (IPCC 2007a) Eloperäisten maannosten viljelyyn on kiinnitetty huomiota ilmastopolitiikassa, koska niiden orgaanisen aineksen varastot ja sitä kautta kasvihuonekaasupäästöt (CO 2 -, N 2 O-, 1

5 CH 4 -päästöt) ovat moninkertaiset viljeltyihin kivennäismaihin verrattuna (Maljanen ym. 2010a, Martikainen ym. 2002). Suomessa suurin osa eloperäisistä peltomaista on suopeltoja eli maatalouskäyttöön ojitettuja turvemaita (Myllys & Sinkkonen 2004). Kasvihuonekaasupäästöihin vaikuttavat peltojen maanmuokkaus- ja viljelymenetelmät, joten suopeltojen käyttöä voidaan suunnitella ilmastomyönteisemmäksi ja suopeltoja hyödyntää päästövähennysten tavoittamisessa (Maljanen ym. 2010a). Ilmastopolitiikassa huomionarvoista on, että suopeltojen kasvihuonekaasupäästöt jatkuvat vielä pitkään pellon hylkäämisen tai metsittämisen jälkeen, aina siihen saakka kunnes maannoksen turve on hajonnut lähes kokonaan (Alm ym. 2007a, Maljanen ym. 2010a, 2007a). Suopeltojen CO 2 -, CH 4 - ja N 2 O-päästöihin kuhunkin vaikuttavat eri tekijät eri tavoin ja osittain ristiriitaisesti (Lohila ym. 2007a, Maljanen ym. 2010a). Suopeltojen ilmastovaikutusten hillitsemiseksi suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjä tuleekin tarkastella kokonaisvaltaisesti, eikä päästöjen vähentämiselle ole yksioikoista ja takuuvarmaa ratkaisua (Maljanen ym. 2010a). Haasteellisuudesta huolimatta paineet vähentää kasvihuonekaasupäästöjä maataloussektorilla kasvavat ja suopeltojen ilmastomyönteisempi hyödyntäminen voi olla kustannustehokas ja aluepoliittisesti hyväksytty keino ilmastotavoitteiden saavuttamiseksi (Kasimir-Klemedtsson ym. 1997, Maljanen ym. 2010a) Suopellot Suomessa Peltomaiden maalajeja ei ole tilastoitu Suomessa, joten suopeltojen tarkkoja pinta-aloja tai sijainteja ei tiedetä, mutta niiden osuus peltomaasta on arvioitu huomattavaksi. Suomen maalajiluokituksen mukaan turvemaiksi määritellään maat, joiden eloperäisen aineksen pitoisuus on vähintään 40 % ja multamaiksi maat, joiden eloperäisen aineksen pitoisuus on %. Kansainvälisessä maalajiluokituksessa multa- ja turvemaat erotellaan harvoin erillisiksi eloperäisiksi maannoksiksi. (Myllys & Sinkkonen 2004) Aikojen saatossa Suomen soista noin hehtaaria on ojitettu maatalouskäyttöön. Soita on ojitettu eniten Etelä- ja Itä-Suomessa, joissa alkuperäisistä turvemaista noin % on ojitettu niin maa- kuin metsätalouskäyttöön sekä turve-energiatuotan- 2

6 toon: Lapissa vain 23 % alkuperäisistä turvemaista on ojitettu (Turunen 2008). Suopeltojen määrä on hiljalleen vähentynyt peltojen hylkäämisen sekä metsityksen tai metsittymisen myötä. Osa suopelloista on muuttunut maanparannuksen, kynnön ja tulvien mukanaan tuoman kivennäismaa-aineslisäyksen sekä turvemaannoksen turpeen hajoamisen seurauksena ominaisuuksiltaan multa- ja kivennäismaiden kaltaisiksi (Lapveteläinen ym. 2007). Suomen nykyisistä peltomaista noin 10 % on maannokseltaan eloperäisiä (Maljanen ym. 2010a). Määrä on kääntynyt kuitenkin nousuun 2000-luvulla (Tilastokeskus 2011). Vuonna 2008 Suomessa arviointiin olevan ha viljelys- ja nurmimaata sekä hylättyä peltoa, josta ha eli noin 15 % oli eloperäistä peltomaata. Suomessa vuosina eloperäisten peltomaiden pinta-ala on pysynyt melko vakaana ollen pienimmillään ha vuonna 1998 ja suurimmillaan ha vuonna Eloperäisistä peltomaista noin puolet on ollut viljaviljelyksessä ja puolet nurmiviljelyssä vuosina (Tilastokeskus 2011) 1.2. Viljeltyjen turvemaiden ominaisuuksia Turvemaat tulee ojittaa ja pohjaveden pinta laskea kyllin alhaiseksi, jotta ne soveltuvat viljelykseen. Ojituksessa turvemaista poistuu paljon vettä, jolloin turvemaannos painuu kasaan ja samalla turvemaannokseen pääsee enemmän ilmaa. Ojituksen myötä turvemaannoksen hapellisuus lisääntyy ja mikrobien turpeen hajotustoiminta kiihtyy. Turvemaannoksen hajoamisesta vapautuu orgaanisia yhdisteitä ja ravinteita, jolloin maannoksen ravinnetaso paranee viljelyksen kannalta (Oleszczuk ym. 2008, Valmari 1983). Maanviljelyksen ja -muokkauksen aikana turve jatkaa hajoamistaan, kunnes lopulta turvekerros on enimmäkseen hajonnut. Maanmuokkauksen seurauksena ohentunut turvekerros sekoittuu sen alapuolella olevaan kivennäismaannokseen, jolloin suopellot muuttuvat ominaisuuksiltaan multamaiden kaltaisiksi (Valmari 1983). Kuten suot, viljelyskäyttöön ojitetut turvemaat ovat happamia ja voivat kuivuessaan happamoitua entisestään, minkä takia viljely edellyttää suopeltojen kalkitsemista. Maaperän mikrobit voivat vapauttaa maannoksen turpeen typpeä kasveille, jolloin peltojen 3

7 typpilannoitusta voidaan vähentää (Valmari 1983). Alkuperäisen suon turvelaji, suopellon sijainti paikallisilmaston ja vesitalouden suhteen sekä suopellon käyttöhistoria vaikuttavat suuresti suopeltojen ominaisuuksiin ja selittävät suopeltojen ympäristövasteiden huomattavia eroja (Kasimir-Klemedtsson ym. 1997, Oleszczuk ym. 2008, Valmari 1983) Suopeltojen ilmastovaikutukset Suopeltojen maannoksen kuivattamisen ja muokkauksen myötä uusien turvekerrosten muodostuminen estyy ja vanhojen turvekerrosten orgaanista hiiltä ja typpeä vapautuu mikrobien hajotuksen seurauksena. Suopellot ovat pääasiallisesti CO 2 - ja N 2 O-päästölähteitä, ja suopellon ominaisuuksista sekä vuodenajasta riippuen heikkoja CH 4 - nieluja tai päästölähteitä (Maljanen ym. 2007a). Luonnontilaiset boreaaliset suot ovat pääasiallisesti CO 2 - ja N 2 O-päästönieluja tai -neutraaleja sekä huomattavia CH 4 -päästölähteitä. Soiden ojitus mullistaakin turvemaannosten kasvihuonekaasupäästöjen suhteet, määrät ja suunnat ilmakehän ja maannoksen välillä CO 2 - ja N 2 O- päästöjen kasvaessa ja CH 4 - päästöjen romahtaessa (Oleszczuk ym. 2008). Vaikka suopeltojen osuus Suomen peltomaasta on vain noin 10 %, suopeltojen päästöjen osuudeksi maataloussektorin kokonaiskasvihuonekaasupäästöistä on noin 23 % maataloussektorin osuuden ollessa noin 10 % Suomen kokonaispäästöistä (Tilastokeskus 2011). Suopeltojen turvemaannoksen orgaanisen hiilen varastot ovat potentiaalisia kasvihuonekaasupäästölähteitä, joiden vapautumiseen eli turpeen hajoamiseen, vapautumisen ajankohtaan ja hajotustoiminnan intensiivisyyteen voidaan vaikuttaa peltojen muokkaus- ja viljelymenetelmillä, sillä osa niistä hidastaa turpeen hajoamista (Alm ym. 2007a, Maljanen ym. 2010a, Oleszczuk ym. 2008). Turvemaannoksen hiilivarastojen vapautumisen hidastaminen voi olla yksi keino hillitä ilmastonmuutosta. Mikäli suopeltojen orgaanisen hiilen varastoja ja nieluja halutaan kasvattaa, tapahtuu se nopeiten kartuttamalla suopeltojen kasvillisuuden hiilivarastoja eli lisäämällä kasvillisuuden määrää ja pidentämällä kasvipeitteisyyttä (Gorham 1991) 4

8 Mikäli pitkällä aikavälillä suopellon hiilivarastojen muutos halutaan pitää tasaisena ja samansuuruisina kuin suopellon ojitusta edeltäneen suon hiilivarastot, tulee suopellolla kasvavan kasvillisuuden hiilivaraston, riippumatta siitä jääkö tämä hiilivarasto suopellolle vai varastoidaanko se muualle, ylittää turpeen hajoamisesta syntynyt hiilihävikki. Hiilen varastoituminen ja vapautuminen suopelloilta tulevaisuudessa riippuu suopeltojen käyttömuodoista, sekä ilmastonmuutoksen aikaansaamista ympäristömuutoksista. (Turunen 2008) 1.4. Suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjen muodostuminen Maaperän mikrobit ohjaavat maannoksen eloperäisen aineksen hajoamista osallistuen ravinteiden sekä kasvihuonekaasujen kiertoon maaperän, eliökehän ja ilmakehän välillä (Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003). Tekijät, jotka vaikuttavat maaperän mikrobien toimintaan, vaikuttavat myös suopeltojen kasvihuonekaasupäästöihin (Martikainen ym. 2002). Suopelloilla turvemaannoksen ojitus, maanmuokkaus ja -parannus, kasvien juuret, korjuutähteet ja alkuperäisen turvemaannoksen ominaisuudet vaikuttavat maaperämikrobien elinolosuhteisiin. Suomessa soiden kirjo on hyvin laaja. Suopeltojen turvemaannokseen paksuus ja koostumus vaihteleekin hyvin paljon alkuperäisen suotyypin mukaan. Koska maannoksen ominaisuudet ja suopellon käyttöhistoria vaihtelevat paljon yksittäisten suopeltojen välillä, myös suopeltojen kasvihuonekaasupäästöt eroavat paljon toinen toisistaan (Myllys & Sinkkonen 2004, Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003). Suopeltojen ilmastovaikutuksen kannalta oleellista on, kuinka esteettömästi ja nopeasti kasvihuonekaasut siirtyvät ilmakehän ja maaperän välillä, sekä se kuinka kaasut kulkevat itse maannoksessa. Osa maaperämikrobien tuottamista kasvihuonekaasuista voi varastoitua maannokseen ja osan kaasuista toiset mikrobit pelkistävät muiksi kaasuiksi. Kaasujen diffuusion vaikuttaa maannoksen rakenne, raekoko sekä vesipitoisuus. Mitä märempää maannos on, sitä vähemmän maannosrakeiden väliin jäävistä huokosista on kaasujen täyttämiä ja sitä vähemmän happea maannoksessa on. Kaasut kulkevat maannoksessa myös veden ja kasvien juurien kautta, mutta hitaammin kuin suoraan kaasudiffuusiona maannoksen ilmahuokosissa (Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003). Turvemaannokset ovat hyvin huokoisia, joten kaasujen diffuusio on esteettömämpää kuin 5

9 kivennäismaannoksissa. Toisaalta turve imee ja pidättää paljon vettä, mikä voi aiheuttaa hapettomuutta, mutta toisaalta suojaa myös kasveja sekä maannosta liialta kuivumiselta (Päivänen 1982). Turvemaannosten vesi varaa itseensä myös lämpöä ja tasaa maannoksen lämpötilojen vaihteluja, mikä vähentää maaperämikrobien rasitetta ympäristöolosuhteiden vaihtelusta (Smith ym. 2003) Suopeltojen hiilidioksidipäästöt (CO 2 ) Suopeltojen hiilidioksidipäästöt syntyvät kasvillisuuden sekä maaperän mikrobien hengityksestä (auto- ja heterotrofinen respiraatio) ja maaperämikrobien turpeen hajotuksesta eli turpeen mineralisaatiosta. Respiraatio on suurinta turvemaannoksen pintakerroksessa, jossa elinolosuhteet ovat useimmille mikrobeille suotuisemmat kuin syvemmissä turvemaannoskerroksissa (Smith ym. 2003). Ojitetuista turvemaannoksista vapautuu kasvukauden aikana suuria määriä hiilidioksidia (Lohila ym. 2004) ja CO 2 - päästöt kasvavat eksponentiaalisesti lämpötilan noustessa (Smith ym. 2003). Koska lämpötila vaikuttaa voimakkaasti turvemaannoksen respiraatioon ja mineralisaation, suopeltojen CO 2 -päästöt vaihtelevat suuruudeltaan vuodenaikojen mukaan (Oleszczuk ym. 2008). Turvemaannosten orgaanisen hiilen varastot ovat nelinkertaiset kivennäismaannoksiin verrattuna, minkä takia suopeltojen CO 2 -päästöt ovat yleensä kaksin- tai kolminkertaisia kivennäismaiden peltoihin verrattuna vielä vuosikymmenien viljelyksenkin jälkeen (Lohila ym. 2004). Viljeltyjen suopeltojen vuosittaiset CO 2 -päästöt ovat olleet keskimäärin CO 2 g m -2 a -1 Pohjoismaissa (Maljanen ym. 2010a) ja Suomessa tutkittujen viljeltyjen suopeltojen vuosittaiset CO 2 -päästöt ovat olleet keskimäärin CO 2 g m -2 a -1 (Maljanen ym. 2007a). Ojitettujen turvemaiden CO 2 -päästöjä säätelee eniten pintamaannoksen happipitoisuus (O 2 ), maannoksen orgaanisen hiilen jakautuminen ja hajotettavuus mikrobien kannalta. Pohjavedenpinnan laskiessa maaperän mikrobit saavat paremmin happea turpeen hajotukseen ja suopeltojen CO 2 -päästöt kasvavat maannoksen hapettumisen myötä (Oleszczuk ym. 2008). Happipitoisuus voi heiketä maannoksen huokosten täyttyessä vedellä, esimerkiksi pohjaveden pinnan noustessa. Maan huokoset voivat täyttyä myös 6

10 muilla kaasuilla hapen sijaan. Esimerkiksi Saksassa tutkimuskohteina olleiden nurmiviljeltyjen suopeltojen vuosittaiset CO 2 -päästöt kaksinkertaistuivat, kun pohjaveden pintaa laskettiin 30 cm:n maanpinnasta 80 cm:n (Regner ym. 2002). Suopeltojen CO 2 - päästöt ja nielut ovat herkkiä sääolosuhteiden vaihteluille, mikä voi selittää suopeltojen vuosittaisissa CO 2 -päästöissä havaitut huomattavat vaihtelut niin Suomessa kuin muualla Euroopassa (Maljanen ym. 2004). Maaperämikrobien tarvitseman orgaanisen hiilen määrä vähenee turvemaannoksessa turpeen huvetessa ja CO 2 -päästöt hiipuvat hiljalleen, mutta eivät lakkaa täysin (Regner ym. 2002). Suomessa on tutkittu lumipeitteen, lumen ja jään sulamisen ja jälleen jäätymisen vaikutuksia suopeltojen kasvihuonepäästöihin (Lohila ym. 2007b). Vuosina tutkitun suopellon talviaikaisten CO 2 -päästöjen osuus koko vuoden CO 2 -päästöistä oli 23 % vuonna ja 43 % tutkimusvuonna (Lohila ym. 2007b, 2004). Suomen oloissa ilmastonmuutoksen aikaansaaman talvien leudontuminen voi lisätä suopeltojen CO 2 -päästöjä % lämpöä eristävän lumipeitteen ohentuessa tai kadotessa, koska tutkimustulosten perusteella lämpötila säätelee pitkällä aikavälillä eniten suopeltojen talviaikaisia CO 2 -päästöjä (Lohila ym. 2007b) Suopeltojen dityppioksidipäästöt (N 2 O) Ihmisten toiminnasta syntyneistä dityppioksidipäästöistä Suomessa peräti 25 % on peräisin eloperäisistä peltomaista (Kasimir-Klemedtsson ym. 1997). Suopeltojen N 2 O- päästöt syntyvät, kun maaperämikrobit pelkistävät hapellisissa olosuhteissa ammoniumioneja (NH + 4 ) nitrifikaatiossa nitriitiksi (NO - 2 ) ja nitriittiä edelleen nitraatiksi (NO - 3 ). Turvemaannoksen hapettomissa oloissa tapahtuvassa denitrifikaatiossa maaperänmikrobit pelkistävät maannoksen nitraattia (NO - 3 ) dityppioksidiksi (N 2 O) ja prosessin jatkuessa dityppioksidi pelkistyy lopulta molekylaariseksi typeksi (N 2 ) (Smith ym. 2003). Ojitus lisää N 2 O-päästöjä parantamalla maannoksen ilmavuutta. Ilman happea nitrifikaatiota ei tapahdu maannoksessa, vaikka ammoniumia olisi runsaasti tarjolla maaperän mikrobeille. Mitä ilmavampaa maannos on, sitä helpommin denitrifikaation ensimmäisessä vaiheessa syntynyt dityppioksidi pääsee siirtymään ilmahuokosten kautta 7

11 maannoksesta ilmakehään. Ojittamattomissa turvemaissa lähes kaikki denitrifikaation dityppioksidi jää turvemaannoksen hapettomiin osiin ja pelkistyy denitrifikaatioprosessissa edelleen molekylaariseksi typeksi. Ojittamattomissa turvemaannoksissa pinnan alainen turvekerros, eli maannoksen hapettomin osa runsaan vesipitoisuuden takia, on paksumpi ja yhtenäisempi kuin suopelloilla. Mitä syvemmällä turvemaannoksessa denitrifikaatio tapahtuu, sitä todennäköisemmin kaikki dityppioksidi ehtii pelkistyä molekylaariseksi typeksi ennen ilmakehään vapautumistaan. (Smith ym. 2003) Suopeltojen typpilannoitus moninkertaistaa maannoksen mikrobeille käyttökelpoisten typpiyhdisteiden määrän ja näin lisää N 2 O-päästöjä. Lannoitus aiheuttaa yleensä N 2 O- päästöihin huipun. Lannoitusta enemmän N 2 O-päästöihin vaikuttavat suopeltojen muokkaus- ja viljelymenetelmät (Freney 1997). Ojitus, maanmuokkaus ja lannoitus edistävät turpeen orgaanisten hiiliyhdisteiden hajoamista ravinteiksi, kuten typpiyhdisteiksi, mikrobien toimesta (Kasimir-Klemedtson ym. 1997, Regina ym. 2004). Suopeltojen N 2 O-päästöissä on paljon ajallista ja alueellista vaihtelua, ja N 2 O-päästöt ovat hyvin herkkiä reagoimaan sääolosuhteiden muutoksiin (Alm ym. 2007b). Erityisesti denitrifikaatio maannoksessa lisääntyy huomattavasti lämpötilan noustessa, kun lämpötilan nousun kiihdyttämä maahengitys ja turpeen hajotus kuluttaa maannoksen happea lisäten hapettomia olosuhteita. Lämpimämmissä olosuhteissa maaperän mikrobien hajotusentsyymit toimivat tehokkaammin, mikä entisestään lisää mineralisaatiota ja maahengitystä (Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003). Voi olla, että eloperäisten maannosten N 2 O päästöt tulevat kasvamaan, mikäli maailmanlaajuinen ilmastonmuutos nostaa merkittävästi maannosten ja paikallisilmaston vuosittaista keskilämpötilaa (Maljanen ym. 2007b). Denitrifikaatiota edistää myös maannoksen korkea orgaanisen hajonneen aineksen määrä, koska tällöin maaperän mikrobeilla on paljon denitrifikaatioon tarvittavia hiilihydraatteja ja aminohappoja saatavilla. Myös kasvien juuret lisäävät mikrobien tarvitsemien ravinteiden määrää juurien lähettyvillä. Maannoksen happamuus vaikuttaa maannoksen dityppioksidin ja molekylaarisen typen suhteeseen ja sitä kautta maannoksen typpiyhdisteiden prosessointiin (Oleszczuk ym. 2008). 8

12 Pohjoismaissa viljeltyjen suopeltojen vuosittaiset N 2 O-päästöt ovat olleet keskimäärin 1,39 N 2 O g m -2 a -1 (Maljanen ym. 2010a) ja 1,74 N 2 O g m -2 a -1 Suomessa (Maljanen ym. 2007a). Vaihtelut päästöissä yksittäisten tutkimuskohteiden ja -vuosien välillä ovat olleet suuria riippuen suopeltojen ominaisuuksista, käyttömuodoista ja tutkimusajankohdan sääolosuhteista (Maljanen ym. 2007a, Nykänen ym. 1995). On viitteitä siitä, että suopeltojen N 2 O-päästöt saattavat kasvaa Pohjois-Suomesta Etelä-Suomeen siirryttäessä (Regina ym. 2004). Etelä-Suomen suopeltojen suuremmat N 2 O-päästöt saattavat johtua siitä, että etelämmässä turve hajoaa nopeammin ja sääolosuhteet aiheuttavat enemmän denitrifikaatiota suosivia maannoksen jäätymisen ja sulamisen vaihteluita talvisin (Regina ym. 2004). Suomessa suopeltojen talviaikaisten päästöjen osuus vuosittaisista kokonaisdityppioksidipäästöistä on ollut tutkimuksesta riippuen 26 % (Maljanen ym. 2004), 52 % (Regina ym. 2004), 4 10 % (Nykänen ym. 1995) tai jopa % (Maljanen ym. 2010b, 2009a). Tutkimuksissa talviaikaisten päästöjen on havaittu vaihtelevan paljon tutkimusvuosien välillä ja talviaikaisten päästöjen riippuvan etenkin maannoksen jäätymisen ajankohdasta ja roudan pituudesta (Maljanen ym. 2009, 2004). Nurmiviljellyllä suopellolla kriittisimmät N 2 O-päästöhuiput ovat ajoittuneet Suomessa toteutetuissa tutkimuksissa maannoksen sulamisen ajankohtaan (Maljanen ym. 2010b). Pelkästään N 2 O-päästöihin keskittyneessä tutkimuksessa Etelä-Suomen suopeltojen päästöt olivat Pohjois-Suomessa olevia suopeltoja suurempia myös talvella (Regina ym. 2004). Päästöjen välisiä eroja pystyttiin enimmäkseen selittämään sillä, että turvemaannos sulaa ja uudelleen jäätyy enemmän etelässä, kuin pohjoisessa kasvukauden ulkopuolella (Regina ym. 2004). Ilmojen lauhtuessa sulavedet aiheuttaen tulvia ja pohjaveden pinnan nousua suopelloilla, mikä voi lisätä hetkellisesti turvemaannoksen hapettomia olosuhteita. Hapettomissa olosuhteissa suopeltojen CH 4 - ja N 2 O-päästöt kasvavat. Lumipeitteen ansiosta lämpötila maanpinnalla pysyttelee nollan molemmin puolin aiheuttaen jatkuvaa, pienimuotoista sulamisen ja jälleenjäätymisen kierrettä. Jäätyminen ja jälleen sulaminen kuluttaa mekaanisesti maannosta ja maannoksen pinnalla olevaa kuollutta kasvibiomassaa. Mekaaninen kulutus voi vapauttaa sulavesiin maaperämikrobeille hajotuksen soveltuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka olivat kasvukauden aikana mikrobien ulottumattomissa (Christensen & Christensen 1991). Pienimmissäkin sulavesikerrok- 9

13 sissa olosuhteet voivat muodostua sopiviksi denitrifaaktiolle (Teepe ym. 2001). Denitrifikaation aktivoituessa lumen ja jään alle muodostuu dityppioksidia, joka vapautuu ryöppynä ilmakehään jäiden ja lumen sulaessa (Regina ym ). Talvella sulavesien pinnalle mahdollisesti muodostunut jääpeite voi estää kaasujen diffuusiota ja näin edistää päästöpiikin muodostumista keväällä (Maljanen ym. 2009) Suopeltojen metaanipäästöt (CH 4 ) Maaperän mikrobeista osa tuottaa metaania ja osa hapettaa metaania hiilidioksidiksi aineenvaihduntansa seurauksena. Suopeltojen kokonaismetaanipäästöt riippuvatkin näiden vastakkaisten prosessien suhteesta, joka vaihtelee vuodenaikojen, sääolosuhteiden ja suopeltojen maanmuokkauksen sekä muiden hoitotoimenpiteiden mukaan (Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003). Maaperän mikrobeista metanogeeniset arkit hajottavat ravinnokseen maannoksen orgaanisia hiiliyhdisteitä tuottaen metaania hajotusprosessin lopputuotteena maannoksen hapettomissa olosuhteissa eli suopelloilla yleensä veden täyttämissä kerroksissa hapellisen pintamaannoksen alapuolella. Hapettomista kerroksista metaani siirtyy kohti maannoksen pintaa useilla eri tavoilla: diffuusion avulla maahuokosissa, kuplimalla etenkin veden täyttämissä maahuokosissa tai kasvien juurien tuuletussolukkoja pitkin suoraan kasvien maanpäällisistä osista ilmakehään. Maannoksen hapellisissa osissa on metaania energiakseen hiilidioksidiksi ja vedeksi hapettavia aitobakteereita, metanotrofeja. Diffuusiossa suurin osa metaanista ehtii hapettumaan ennen ilmakehään vapautumista, kun taas kuplimalla ja etenkin kasvien tuuletussolukoiden kautta metaani pääse kulkeutumaan maannoksen metanotrofien ohitse hapettumatta. (Oleszczuk ym. 2008, Smith ym. 2003) Turvemaannosten ojittaminen ja maanmuokkaus hapettavat ja kuivattavat suopeltoja sekä laskevat niiden pohjavedenpintaa. Hapettomien olosuhteiden huvetessa metaanin tuotanto maannoksessa vähenee ja metaanin hapetus metanotrofien toimesta lisääntyy. Vuositasolla ojitetut turvemaannokset ovat yleensä pieniä CH 4 -päästölähteitä tai jopa lieviä metaaninnieluja eli niiden metaanipäästöjen tase on negatiivinen: turvemaannos 10

14 sitoo enemmän metaania, kun vapauttaa metaania ilmakehään. Mikäli turvemaannosten ojitus on onnistunut, suopeltojen metaanin hapetus voi olla yhtä tehokasta kuin viljellyillä kivennäismailla. Mikäli pohjavedenpinta nousee liian korkealle, suopellot voivat muuttua CH 4 -päästölähteiksi esimerkiksi rankkasateiden ja tulvien ajaksi tai ojien kunnon rapistuttua (Kasimir-Klemedtson ym. 1997, Oleszczuk ym. 2008). Kesällä kuivan maannoksen ja kohonneen lämpötilan kiihdyttämä maahengitys voi kuluttaa suopeltojen pintamaannoksen hapen ja aiheuttaa CH 4 -päästöihin hetkellisen, rajun nousun (Maljanen ym. 2010b). Turvemaiden metaanipäästöt vaihtelevat alueiden pinnanmuotojen ja turpeenpaksuuden sekä laadun mukaan, sillä nämä tekijät vaikuttavat maannoksen vesitalouteen ja turpeesta liukeneviin sekä hajoaviin yhdisteisiin (Lai 2009). Typpilannoitus vaikuttaa metaanipäästöihin, sillä metanotrofien metaania hapettava entsyymi pystyy hyödyntämään lannoitteen ammoniakkia (NH 3 ) metanotrofin energialähteenä hapettamalla sitä nitriitiksi (NO - 2 ), jolloin metanotrofi ei hapeta enää metaania (Hütsch 1998). Metanotrofien toimintaa voi myös rajoittaa äärimmäinen kuivuus tai hapen ja metaanin diffuusion heikentyminen maannoksen vettyessä liiaksi (van den Pol-van Dasselaar ym. 1998). Mikäli turvemaannos halkeilee kuivuuden takia, voi halkeamista vapautua syvemmässä maannoksessa muodostunutta metaania pintamaannoksen metanotrofien ohitse railoja pitkin (Nykänen ym. 1995). Pohjoismaissa viljeltyjen suopeltojen vuosittaiset CH 4 -päästöt ovat olleet keskimäärin 0,123 CH 4 g m -2 a -1 (Maljanen ym. 2010a) ja 0,42 CH 4 g m -2 a -1 Suomessa (Maljanen ym. 2007a). Erilaisten peltomaiden CH 4 -päästöjen kaksivuotisessa tutkimuksessa Etelä- ja Pohjois-Suomessa sijaitsevien suopeltojen vuosittaisissa metaanitaseissa havaittiin huomattavia eroja. Eteläsuomalainen suopelto oli melko vakaa metaaninielu (- 0,05 (-) 0,01 CH 4 g m -2 a -1 ), kun taas pohjoissuomalaisen suopellon metaanipäästöt vaihtelivat paljon ja suurimman osan tutkimusajasta suopelto oli metaanin päästölähde (-0,02-4 CH 4 g m -2 a -1 ). Pohjois-Suomen suopellolla pohjaveden pinta oli eteläsuomalaiseen suopeltoon verrattuna korkeammalla, minkä takia hapettomien olojen metaanin tuotanto saattoi kumota metanotrofien metaanin hapetuksen vaikutuksen (Regina ym. 2007). 11

15 Mitä enemmän maannoksessa oli suuria huokosia (halkaisija 30 µm), sitä enemmän maannoksessa havaittiin tapahtuvan metaanin hapettumista eli metaaninieluja. Heikoimmat metaaninielut olivat huonosti ojitetuilla turvemaalla Pohjois-Suomessa. Hyvin ojitetun eteläsuomalaisen suopellon metaaninielut olivat viljeltyjä savimaita parempia, mutta hiesumaita heikompia (Regina ym. 2007). Ojittamattoman minetrofisen suon ja 60 vuotta sitten suopelloksi ojitetun suon päästöjä Suomessa vuosina vertailevassa tutkimuksessa suopellon vuosittaiset metaanipäästöt olivat murtoosa (0,133 CH 4 g m -2 a -1 ) ojittamattoman suon päästöistä (34,67 CH 4 g m 2 a -1 ). Tutkimuksen aikana suopellolta havaittiin metaanipäästöjä vain talvella ja keväällä. Talviaikaisten päästöjen osuus oli % vuoden kokonaismetaanipäästöistä tutkituilla suopelloilla (Nykänen ym. 1995). Suomessa niin viljeltyjen, kuin hylättyjen suopeltojen on osoitettu olevan heikkoja metaaninieluja myös talvisin (Maljanen ym. 2007a) Suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiskeinot Mitä suopelloilla viljellään vaikuttaa suopeltojen kasvihuonekaasupäästöihin, koska eri viljelyskasvit vaikuttavat eri tavoin maaperän mikrobeihin. Kullakin viljelyskasvilla on myös omat vaatimuksensa suopellon lannoituksen ja maanmuokkauksen suhteen. Suomen olosuhteissa pienimmät kokonaiskasvihuonekaasupäästöt (CO 2, N 2 O, CH 4 ) ovat kesannolla olevilla suopelloilla ja suurimmat ilman kasvipeitettä olevilla suopelloilla (Taulukko 1). Aktiivisessa maatalouskäytössä olevista suopelloista pienimmät kokonaiskasvihuonekaasupäästöt on nurmiviljelyksessä (Alm ym. 2007a). Nurmiviljeltyjenkin suopeltojen ilmastovaikutus on silti huomattava verrattuna kivennäismaiden viljelyyn tai muihin turvemaihin (Maljanen ym. 2010a). Esimerkiksi Suomessa nurmiviljeltyjen suopeltojen N 2 O-päästöt ovat kymmenkertaiset saman alueen ojittamattomiin turvemaihin verrattuna (Nykänen ym. 1995). Yhdistämällä Pohjoismaissa tutkittujen viljeltyjen suopeltojen ja kivennäismaiden kasvihuonekaasupäästöjen kartoituksia ilmenee, että viljeltyjen suopeltojen kokonaiskasvihuonekaasupäästöt olivat CO 2 - ekv. g m -2 a -1 ja viljeltyjen kivennäismaiden 640 CO 2 -ekv. g m -2 a -1 (Maljanen ym. 2010a). 12

16 Suopeltojen tutkimukset niin Euroopassa kuin Pohjoismaissakin ovat osoittaneet, että mitä voimakkaammin ja useimmiten suopeltoja muokataan, sitä enemmän turpeen mineralisaatio maannoksessa kasvaa ja samoin kasvihuonekaasupäästöt (Alm ym. 2007a, Byrne ym. 2004, Maljanen ym. 2010a). Suopeltojen kevyempi maanmuokkaus, kasvipeitteisyyden lisääminen, joissakin tapauksissa suopellon pohjavedenpinnan nostaminen sekä suopeltojen metsittäminen ja Pohjoismaiden ulkopuolella suopeltojen ennallistaminen kosteikoiksi on nähty keinoiksi vähentää suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjä (Alm ym. 2007a, Byrne ym. 2004, Freibaur ym. 2004, Maljanen ym. 2010a, Oleszczuk ym. 2008, Regner ym. 2002) Kasvipeitteisyyden lisääminen suopelloilla Suomessa tutkittujen suopeltojen vuosittaisesta kokonaiskasvihuonekaasutaseesta CO 2 - päästöjen osuus on ollut 78 %, N 2 O-päästöjen osuus 22 % ja CH 4 -päästöjen osuus alle 1 %. Kun tarkastellaan pelkästään suopeltojen CO 2 -päästöjä, ilmastomyönteisin käyttömuoto olisi pitää suopellot kesantona, mutta ei avokesantona, sillä suurimmat CO 2 - päästöt muodostuvat paljailta suopelloilta (Taulukko 1). N 2 O-päästöt ovat pienimmillään nurmiviljellyillä suopelloilla. Suurimmat N 2 O- ja CH 4- päästöt ovat niin ikään ilman kasvipeitettä olevilla suopelloilla. Alhaisimmillaan CH 4 -päästöt ovat kesannolla olevilla suopelloilla (Taulukko 1). (Maljanen ym. 2007a) Taulukko 1. Suomessa tutkittujen suopeltojen keskimääräiset kokonaiskasvihuonekaasutaseet (CO 2 -ekv.), joissa on huomioitu suopellon käyttömuodon mukaiset CO 2 -, N 2 O- ja CH 4 -päästöt. CO 2 -ekvivalentin muuntokertoimina on käytetty CH 4 =23, ja N 2 O=296 ja 100 vuoden aikajännettä sekä Suomessa tutkittujen suopeltojen CO 2 -, N 2 O- ja CH 4 -päästöjen keskiarvot eri käyttömuotojen mukaan. Negatiiviset päästöarvot tarkoittavat päästönielua (Maljanen ym.2007a). Käyttömuoto CO 2 -ekv. g m -2 a -1 CO 2 g m -2 a -1 N 2 O g m -2 a -1 CH 4 g m -2 a -1 viljellyt yhteensä nurmiviljellyt ,90 0,095 viljaviljellyt ,74-0,069 ilman kasvipeitettä ,63 0,32 kesannolla ,29-0,22 13

17 Viljaviljeltyjen suopeltojen vuotuinen kyntäminen ja lannoittaminen edistävät maaperän mikrobien CO 2 - ja N 2 O-tuotantoa, mikä voi selittää kevyemmällä maanmuokkauksella ja lannoituksella selviävän nurmiviljelyn pienemmät päästöt. Nurmen pidempi kasvipeitteisyys vähentää mikrobien käyttöön jäävän typen määrää vuoden aikana. Nurmilla turpeen mineralisaatio voi olla hitaampaa ja turvemaannoksen ilmavuus heikompaa, kuin jokavuotisesti kynnetyillä pelloilla, mutta samoista syistä nurmiviljeltyjen suopeltojen metaaninielut voivat olla heikompia (Maljanen ym. 2010a). Voimakkaamman turpeen mineralisaation lisäksi, viljan viljelyssä maannoksen pikku hiljaa kasaantuvan kasviaineksen lannoittava vaikutus voi edistää N 2 O-päästöjä (Christensen & Christensen 1991). Osan aikaa vuodesta suopellot ovat vailla kasvipeitettä, ellei niillä viljellä monivuotisia kasveja tai niitä pidetä pitkäaikaisella nurmella. Suomessa tutkituista paljaista suopelloista osa on ollut kasvillisuuden peittämiä suopeltoja suurempia CO 2 - ja N 2 O- päästölähteitä sekä hieman heikompia metaaninieluja (Alm 2007a, Maljanen ym. 2010a, 2007a, 2004). Paljailla suopelloilla N 2 O-päästöjen osuus paljaiden suopeltojen kokonaiskasvihuonepäästöistä on noin %, kuin se kasvillisuuden peittämillä suopelloilla on noin 5 15 % (Maljanen ym. 2004). Dityppioksidi on pidemmän aikaa ilmakehässä vaikuttava kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi tai metaani ja dityppioksidin kykyä lämmittää ilmakehää on noin 300-kertainen hiilidioksidiin verrattuna (Solomon ym. 2009). Suopeltojen kasvihuonekaasujen päästövähennystavoitteiden kannalta, suopeltojen pitämistä ilman kasvipeitettä tulisi välttää suosimalla monivuotisten kasvien viljelyä tai pitkäaikaista nurmiviljelyä. Nykäsen ym. (1995) ojitettujen ja ojittamattomien turvemaiden kasvihuonekaasupäästöjen vertailussa ilman kasvillisuuspeitettä olleiden ojitettujen turvemaiden CO 2 - päästöt olivat 38 % pienemmät, kuin nurmella olleiden suopeltojen. CO 2 -päästöjen eron arvioitiin ilmentävän juurien respiraatiota ja paljaana olevan turvemaannoksen CO 2 -päästöt pelkästään turpeen hajoamisesta syntyviä päästöjä. Samaisessa tutkimuksessa paljaiden suopeltojen N 2 O päästöt olivat viisinkertaiset nurmiviljeltyihin suopeltoihin verrattuna, mikä voi johtua siitä, ilman kasvien juurien ravinteiden oton kilpailua turvemaannokseen jää enemmän vapaata nitraattia mikrobien käyttöön, ja sitä kautta N 2 O-tuotantoon (Maljanen ym. 2004, Nykänen ym. 1995). Kivennäismaannoksen 14

18 lisäyksen on havaittu kasvattavan paljaiden suopeltojen N 2 O-päästöjä (Maljanen ym. 2004). Nurmiviljely ja kesannointi mahdollistaisivat suopeltojen pohjaveden pinnan nostoa. Nostamalla pohjaveden pintaa suopeltojen maannoksen hapettomien olosuhteiden alaa saadaan lisättyä, jolloin mikrobien turpeen hajotus hidastuu vesistressin takia ja CO 2 - ja N 2 O-päästöt pienenevät (Regner ym. 2002, van Beek ym. 2010a,b). Pohjaveden pinnan nostossa on rajansa, sillä viljelykasvien juuret eivät kestä pohjaveden aiheuttamaa hapettomuutta eikä vettynyt maa kannata työkoneita tai laiduntavaa karjaa (Regner ym. 2002). Saksassa tehdyn mallinnuksen mukaan, suopeltojen nurmiviljelyksessä olisi mahdollista vähentää turpeen hajoamista % nostamalla pohjaveden pintaa 30 cm päähän maanpinnasta 80 cm sijaan. Pohjaveden pinnan noston seurauksena suopeltojen CO 2 -, N 2 O- ja CH 4 -päästöt olivat % maksimitasosta (Regner ym. 2002) Maanparannuksen ja muokkauksen vaikutukset Kivennäismaannosta on lisätty suopeltoihin parantamaan kynnetyn pintamaannoksen fosfori-, kalium- ja magnesiumpitoisuutta, mutta kivennäismaannos ei lisää turvemaannoksen typpi- ja kalsiumpitoisuutta. Kivennäismaannoksen lisäys kasvattaa maahengitystä, mutta samalla metaaniin hapetus maannoksessa heikkenee. Maahengitystä voidaan käyttää maannoksen mineralisaation eli turpeen hajoamisen kuvaajana. Suomessa tutkituissa suopelloissa, kivennäismaannoksen lisäys paksuturpeiseen suopeltoon kasvatti N 2 O päästöjä 2 9 -kertaisiksi ohutturpeiseen suopeltoon verrattuna. Kivennäismaan lisäys vähensi turvemaannoksen eloperäisen aineksen pitoisuutta 40 % ja kasvatti maannoksen tilavuuspainoa, kun verrokkisuopellon eloperäisen aineksen pitoisuus oli 74 %. Korkeampi tilavuuspaino voi rajoittaa metaanin ja hapen diffuusiota maannoksen ja ilmakehän välillä. Tarkasteltaessa suopeltojen kokonaiskasvihuonekaasupäästöjen lämpöpakotetta seuraavan sadan vuoden aikana (GWP 100-yr.) kivennäismaannoksen lisäys ei kasvattanut GWP-kerrointa suopelloilla, joilla viljeltiin ohraa tai nurmea. Sen sijaan paljaana pidetyillä suopelloilla kivennäismaannoksen lisäys kasvatti GWP-kerrointa. (Maljanen ym. 2004) 15

19 Maan kynnöllä on tarkoitus parantaa viljelykasvien kasvuedellytyksiä lisäämällä maannoksen ilmavuutta ja nostamalla vielä hajoamatonta eloperäistä aineista lähemmäksi maanpintaa mikrobien hajotustoiminnan ulottaville, jotta viljelyskasvit saisivat lisää ravinteita. Samalla maanmuokkaus aiheuttaa häiriöitä maaperän mikrobiyhteisöissä. Kyntö lisää suopeltojen CO 2 - sekä N 2 O-päästöjä (Gambolati ym. 2005, Kristensen ym. 2000). Samalla maanmuokkaus ja työkoneiden käyttö pelloilla tiivistää maata, jolloin kaikkien kaasujen diffuusio heikkenee maannoksessa ja kasvihuonekaasupäästöt voivat hitaammin vapautua ilmakehään. Kaasujen jäädessä maannokseen hiilipitoisuus ja kosteus maannoksessa kasvaa, mikä voi laajentaa maannoksen hapettomia olosuhteita (Alakukku ym. 2004). Metanotrofien metaanin hapetus voi taantua metaanikaasun liikkumisen heikennettyä maannoksessa (Regina ym. 2007) ja metanotrofien häiriintymisestä hapellisen maannoksen mekaanisen muokkauksen takia (Ball ym. 1999). Maannoksen hapettomista olosuhteista tulee pysyvämpiä maan tiivistyessä ja denitrifakaatiossa syntynyt dityppioksidi ehtii pelkistyä molekylaariseksi typeksi (Smith ym. 2003). Maannoksen tiivistymisen ehkäiseminen ja huokoisuuden ylläpitäminen voi olla keino ylläpitää tai voimistaa maannoksen metaaninieluja eli metaanin hapetusta (Regina ym. 2007). Perinteisten maanmuokkaus- ja kyntömenetelmien ilmastomyönteisempänä vaihtoehtona on pidetty peltojen suorakylvöä (Elder & Lal 2008). Suorakylvön vaikutuksista peltomaiden kasvihuonekaasupäästöihin on saatu ristiriitaisia tutkimustietoa ja suorakylvön vaikutuksia etenkin viljeltyihin turvemaannoksiin on tutkittu vielä varsin vähän, minkä takia suorakylvöä ei voida aina pitää yksiselitteisesti ilmastonmuutosta hillitsevänä toimenpiteen (Baker ym. 2007, Li ym. 2005). Vaikuttaisi siltä, että suorakylvön pintamaannokseen kerryttämien hiilivarastojen ilmastoa hillitsevä vaikutus usealta kymmeneltä vuodelta (Baker ym. 2007) voi kumoutua yhden kynnön nostattamien kasvihuonekaasupäästöjen johdosta (Stockfisch ym. 1999) ja että CO 2 -päästövähennyksistä saadut hyödyt pellon kokonaiskasvihuonekaasupäästöjen kannalta voivat kumoutua suorakylvön lisätessä pellon N 2 O-päästöjä merkittävästi (Li ym. 2005). Suomessa tehdyn pilot-kokeen tulokset osoittivat, että suorakylvöllä saattaisi olla mahdollista vähentää turvemaan CO 2 -päästöä (Regina & Alakukku 2010). 16

20 Suopeltojen hylkääminen ja metsittäminen Aikaisempina vuosikymmeninä suopeltoja on suhdannesyistä hylätty viljelyksestä, jolloin ne on jätetty kesannoitumaan ja metsittymään luonnostaan. Osa on metsitetty suoraan talousmetsiksi. Kun viljelyyn kuuluvat maanmuokkaukset ja lannoitukset lakkaavat suopelloilla, turpeen hajoamisen voisi olettaa hidastuvan, ellei jopa turvemaannoksen orgaanisen hiilen ja uuden puuston hiilivaraston karttuvan niin suureksi, että niiden hiilinielu kumoisi entisten suopeltojen kasvihuonekaasupäästöjen haitalliset ilmastovaikutukset tai ainakin kasvihuonekaasupäästöt metsityksen aikana (Alm ym. 2007a, Maljanen ym. 2010a). Suomessa tutkitut, jo vuotta hylättyinä olleet suopellot ovat kumminkin osoittautuneet CO 2 - ja N 2 O-päästölähteiksi siinä missä maatalouskäytössä vielä olevat suopellot (Maljanen ym. 2007a). Viljelystoimien lakattua turvemaannoksen kyky sitoa ilmakehän metaania voi asteittain parantua, mutta turpeen hajoaminen jatkuu, eivätkä kasvaneet metaaninielut pysty kumoamaan CO 2 - ja N 2 O-päästöjen ilmastonmuutosta voimistavaa vaikutusta (Alm ym. 2007a, Maljanen ym. 2007a). Suomessa on vain yksi tutkimus Maljanen ym. (2007a), jossa viiden hylätyn, kesannolla olevan suopellon kasvihuonekaasupäästöjä on kartoitettu (Taulukko 2). Maljanen ym. (2007a) tutkimat suopellot olivat Kannuksessa, Länsi-Suomessa. Suopelloilla oli viljelty aikaisemmin viljaa ja nurmea, niiden eloperäisen aineksen pitoisuus oli keskimäärin 48 %. Kohteesta riippuen suopellot oli hylätty vuotta sitten, minkä jälkeen ne olivat kesannoituneet. Hylkäämisen jälkeen suopeltoja ei oltu lannoitettu tai kynnetty. Hylättyjen suopeltojen CH 4 - ja N 2 O-päästöjä mitattiin kammiomenetelmällä vuosina 2003 ja CO 2 -päästöjä mitattiin kammiolla vain vuonna 2003 (Maljanen ym. 2007a). Taulukko 2. Viiden hylätyn ja kesannoituneen suopellon vuosittaiset kasvihuonekaasupäästöt. Negatiiviset päästöt kuvastavat nieluja. (Maljanen ym. 2007a) CO 2 g m -2 a- 1 CH 4 g m -2 a- 1 N 2 O g m -2 a- 1 keskiarvo ,22 1,292 mediaani ,14 0,885 keskihajonta 917 0,18 1,389 17

21 Hylättyjen suopeltojen keskimääräiset vuotuiset CO 2 -päästöt olivat alhaisemmat, kuin vilja- (2 083 CO 2 g m -2 a -1 ) ja nurmiviljeltyjen (1 485 CO 2 g m -2 a -1 ) suopeltojen keskimääräiset vuosittaiset päästöt Suomessa. Hylätyillä suopelloilla havaittiin heikkoja CO 2 -nieluja (suurimmallaan -330 CO 2 g m -2 ) kasvukauden aikana. Muulloin kuin kasvukautena, hylätyt suopellot olivat CO 2 -päästölähteitä ja ajoittain päästöt olivat huomattavia (3 300 CO 2 g m -2 ). Metaanipäästöjen suhteen vuositasolla hylätyt suopellot (Taulukko 2) olivat suurempia metaaninieluja kuin viljellyt suopellot Suomessa keskimäärin, vaikka hylätyiltä suopelloilta havaittiin yksittäisiä, pieniä metaanipäästöjä tutkimusvuosien aikana. Ilmaisesti tutkimuskohteissa pohjavedenpinta pysyi varsin alhaisena peltojen ojien rapistumisesta huolimatta, mikä ylläpiti metaanin hapetusta. Hylättyjen suopeltojen vuosittaiset N 2 O-päästöt (Taulukko 2) olivat samansuuruisia, kuin viljaviljeltyjen suopeltojen N 2 O-päästöt (1,108 N 2 O g m -2 a -1 ), mutta suurempia, kuin nurmiviljeltyjen suopeltojen (0,574 N 2 O g m -2 a -1 ) N 2 O päästöt keskimäärin Suomessa. (Maljanen ym. 2007a). Hylättyjen suopellon N 2 O päästöjen ja hylättynä olemisen ajanjakson välillä ei havaittu korrelaatiota (Maljanen ym. 2007a). Vaikka hylättyjä suopeltoja ei enää lannoiteta, niiden turvemaannokseen on maanviljelyksen ajalta varastoituneet huomattavat eloperäisen aineksen varastot, joihin on sitoutunut paljon typpeä lannoituksesta (Maljanen ym. 2007a). Eloperäinen aines yhdessä maannoksen vanhan turpeen kanssa jatkaa hajoamistaan ja typpeä vapautuu nitrifikaation, sekä sitä kautta denitrifikaation, ja lopulta ilmakehään N 2 O-päästöinä (Maljanen ym. 2003, 2001a). Vain muutamia metsitettyjä suopeltoja on tutkittu ja kasvihuonekaasupäästöjen seurantaa on jouduttu yksinkertaistamaan jättämällä juuriston ja karikkeen vaikutukset kasvihuonekaasupäästöihin, sekä niiden hiilivarastot laskelmien ulkopuolelle (Lohila ym. 2007a, Mäkiranta ym. 2007). Etelä- ja Keski-Suomessa noin 9 35 vuotta sitten metsitetyn suopellon maannoksen vuosittaiset CO 2 -päästöt vaihtelivat CO 2 g m -2 a -1 välillä. Päästöt olivat nurmiviljeltyjen suopeltojen tasoisia ja pienempiä kuin viljaviljeltyjen suomalaisten suopeltojen. Samaisessa tutkimuksessa mallinnettiin kyseisten metsitettyjen suopeltojen aikaisempia CO 2 -päästöjä vuosina Mallinnuksen perusteella arvioitiin, että vuosittaisista päästöistä noin 16 % oli tapahtunut 18

22 talvisin ja 30 vuoden CO 2 -päästöjen keskiarvoksi arvioitiin 917 CO 2 g m -2 a -1 (Mäkiranta ym. 2007). Toisessa Suomessa toteutetussa tutkimuksessa suopellolle 30 vuotta sitten istutetuilla mäntymetsällä keskimääräiset vuotuiset CO 2 -päästöt olivat hyvin alhaiset (183 CO 2 -C g m -2 a -1 ) ja ajoittain mäntymetsä oli jopa hiilinielu. Päästöjen vaihtelivat CO 2 g m -2 a -1 välillä (Lohila ym. 2007a). Mäntymetsikkö pystyi suurimmaksi osaksi kompensoimaan runkopuun karttuvilla hiilivarastoilla entisen suopellon maahengityksestä syntyvät CO 2 -päästöt. On siis mahdollista, että metsitettyjen suopeltojen kokonaisilmastovaikutus olisi ilmastonmuutosta hillitsevä tai ainakin neutraali aikavälillä, jona puiden kasvu ei ole vielä taantunut, ja karikkeen sekä juurien hiilivarastot karttuvat. Mikäli suopelloille on istutettu talousmetsää, metsitettyjen suopeltojen ilmastovaikutus muuttuvat negatiiviksi puiden hakkuiden aikaan, sillä runkopuun poistumana syntynyt hiilihävikki lasketaan talousmetsän CO 2 -päästöksi (Lohila ym. 2007a). Enimmäkseen metsitetyt suopellot olivat ympärivuotisia metaaninieluja ja CH 4 -päästöt vaihtelivat välillä -0,43 0,8 CH 4 g m -2 a -1. Suopeltojen ojittaminen ei siis oleellisesti muuta suopeltojen CH 4 -päästöjä, mutta ojien hiljalleen rapistuessa ja turvemaannokseen hapellisuuden heiketessä maanmuokkauksen lakattua, turvemaannoksen olosuhteet muuttuvat oletettavasti otollisemmiksi suuremmille metaanipäästöille mikrobien toimesta. (Mäkiranta ym. 2007) Eri metsitettyjen suopeltojen välillä N 2 O-päästöt vaihtelivat paljon ja kaikkien kohteiden välillä päästöt olivat 0,157 4,71 N 2 O g m -2 a -1 luokkaa. Metsitettyjen suopeltojen N 2 O päästöt olivat samaa luokkaa, kuin aktiivisesti viljeltyjen suopeltojen (Mäkiranta ym. 2007). Metsityksenkin jälkeen entiset suopellot ovat huomattavia N 2 O-päästölähteitä muihin maankäyttömuotoihin verrattuna (Lohila ym. 2007a, Regina ym. 2004). Vuosittaisista N 2 O-päästöistä jopa 42 % tapahtui talvella. Suopelloille istutettujen havupuumetsien N 2 O-päästöjen keskiarvo (1,49 N 2 O g m -2 a -1 ) oli suurempi kuin lehtipuumetsien (0,55 N 2 O g m -2 a -1 ) (Mäkiranta ym. 2007). 19