Tuhkan lannoitekäyttö ja sen vaikutukset

Transkriptio

1 Tuhkan lannoitekäyttö ja sen vaikutukset Noora Huotari Metla Oulu Jätehuollon kevätpäivä / Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 Puu- ja turvetuhka Suomen lämpö- ja voimalaitoksissa syntyy vuosittain yhteensä noin tonnia puu- turve- ja sekatuhkaa Tuhkien alkuainepitoisuudet vaihtelevat huomattavasti mm. poltettavasta materiaalista ja polttotekniikasta riippuen Tuhkalla on hyvä neutralointikyky, ph Tuhka ei sisällä typpeä (N) Tuhkassa on runsaasti kasveille tärkeitä mineraaliravinteita, kuten fosforia (P) ja kaliumia (K) Tuhkan sisältämien ravinteiden palauttaminen takaisin metsään on sekä ekologisesti että taloudellisesti mielekästä

3 Tuhkan rakeistus Kuljetuksen ja levityksen helpottamiseksi sekä pölyämisestä aiheutuvien ympäristö- ja terveysriskien poistamiseksi tuhka on esikäsiteltävä ennen käyttöä Rakeistaminen on tehokkain käytössä oleva menetelmä Tuhka kostutetaan ja sekoitetaan jolloin se muodostaa rakeita ennen kovettumistaan Rakeet ovat helppokäyttöisiä ja niillä päästään parempaan levitystarkkuuteen kuin irtotuhkalla Rakeistaminen antaa myös mahdollisuuden muuttaa tuhkan ravinnesuhteita lisäämällä siihen epäorgaanisia lannoitevalmisteita

4 Tuhkan hyödyntäminen metsälannoitteena Tuhkan käyttöä lannoitteena säätelee lannoitevalmistelaki (539/2006) Syyskuussa 2011 voimaan tullut asetus (MMM 24/11) Ravinteiden vähimmäispitoisuudet tuhkassa: Kalium (K) + Fosfori (P) yht. 2,0 % (aikaisemmin 1%) Kalsium (Ca) 6,0 % (8%) Rakeistettuun tuhkalannoitteeseen saa lisätä epäorgaanisia lannoitevalmisteita, kuten biotiittia (K) Ravinteiden lisäksi tuhkaan rikastuu jonkin verran poltettavien aineiden, kuten puun ja turpeen sisältämiä raskasmetalleja Haitallisten metallien sallitut enimmäispitoisuudet: Kadmium (Cd) 25 mg/kg (17,5 mg/kg) 100 g/ha 60 vuoden ajanjaksossa annettuna (60g / ha / 40v) Arseeni (Ar) 40 mg/kg (30 mg/kg) 160 g/ha 60 vuoden ajanjaksossa annettuna

5 Tuhkalannoitukseen soveltuvat kohteet? Kuvat: M Moilanen & N Huotari

6 Ojitetut suometsät Parhaiten tuhkalannoitukseen soveltuvat runsastyppiset, paksuturpeiset suometsät, joilla puuston kasvua rajoittaa fosforin ja kaliumin puute Tuhkalannoitus parantaa puuston ravinnetilaa vuoden ajaksi Kaliumin ja boorin puutostilat korjautuvat jo levitystä seuraavana vuonna, fosforinpuutos 3-4- vuoden kuluessa Tuhkalannoituksella saadaan aikaan hitaasti käynnistyvä, mutta pitkäkestoinen ja voimakas puuston kasvureaktio Tuhkalannoitus lisää puuston kasvua sitä enemmän, mitä enemmän turpeessa on typpeä - Kasvunlisäys keskimäärin 1 6 m 3 /ha/v kiertoajan loppuun Lähteet: Moilanen M & Issakainen J (2000) Tuhkalannoituksen metsävaikutukset. Metsätehon raportti s. + liitteet. Moilanen M & Issakainen J (2003) Puu- ja turvetuhkien vaikutus maaperään, metsäkasvillisuuden alkuainepitoisuuksiin ja puuston kasvuun. Metsätehon raportti s. Moilanen M, Silfverberg K, Hökkä H & Issakainen J (2005) Wood ash as a fertilizer on drained mires - growth and foliar nutrients of Scots pine. Canadian Journal of Forest Research 35(11): Kuva: M Moilanen

7 Turvetuotannosta vapautuneet suopohjat CO 2 Tuhkalannoitus nopeuttaa kasvillisuuden muodostumista: Sammalet -estävät eroosiota -helpottavat puun taimien alkukehitystä -sitovat raskasmetalleja Kasvillisuus -sitoo ravinteita -vähentää huuhtoutumista -muodostaa biomassaa -sitoo hiiltä -suojaa puun taimia hallalta -muodostaa kariketta -ylläpitää ravinteiden kiertoa CO 2 Huotari N (2011) Recycling of wood- and peat-ash - a successful way to establish full plant cover and dense birch stand on a cut-away peatland. Acta Universitatis Ouluensis. Series A, Scientiae rerum naturalium A s. + 4 osajulkaisua.

8 Turvetuotannosta vapautuneet suopohjat Esimerkkinä Limingan Hirvineva CO 2 Tuhkalannoitteet edistivät merkittävästi koivun taimien alkukehitystä. Lannoittamaton koeala v. 2005, 9 vuotta turpeennoston päättymisen jälkeen. CO 2 Kuvat: N Huotari Huotari N, Tillman-Sutela E, Kauppi A. & Kubin E (2007) Fertilization ensures rapid formation of ground vegetation on cut-away peatlands. Canadian Journal of Forest Research 37: Huotari N, Tillman-Sutela E, Pasanen J & Kubin E (2008) Ash-fertilization improves germination and early establishment of birch (Betula pubescens Ehrh.) seedlings on a cut-away peatland. Forest Ecology and Management 255:

9 Puutuhkalla lannoitettu koeala v. 2010, 9 vuotta lannoituksen jälkeen. Lannoittamaton koeala v. 2010, 14 vuotta turpeennoston päättymisen jälkeen. Kuvat: N Huotari

10 Tuhkalannoituksen ympäristövaikutukset?

11 Puut Kertyykö raskasmetalleja? Puiden neulasten / lehtien raskasmetallipitoisuudet ovat pysyneet alhaisina tuhkalannoituksesta huolimatta Joidenkin raskasmetallien pitoisuuksien on havaittu aluksi nousevan vähän, mutta laskevan muutaman vuoden sisällä lähtötasolle tai jopa sen alapuolelle Joillakin puulajeilla, kuten pajuilla ja hieskoivulla, lehtien raskasmetallipitoisuudet voivat kohota lievästi myös pitkäaikaisesti Havaituista muutoksista huolimatta puiden raskasmetallipitoisuudet ovat pysyneet luontaisen pitoisuusvaihtelun rajoissa. Lähteet: Moilanen M & Issakainen J (2003) Puu- ja turvetuhkien vaikutus maaperään, metsäkasvillisuuden alkuainepitoisuuksiin ja puuston kasvuun. Metsätehon raportti s. Huotari N, Tillman-Sutela E & Kubin E (2011) Ground vegetation has a major role in element dynamics in an ash-fertilized cut-away peatland. Forest Ecology and Management 261:

12 Miten tuhka vaikuttaa maaperään? Maan happamuus vähenee Maan pintakerroksen kokonaisravinnevarat typpeä lukuun ottamatta lisääntyvät huomattavasti Fosfori pidättyy turpeeseen hyvin (tuhkan ja turpeen Fe- ja Al -yhdisteet) Kalium ja boori liukenevat tuhkasta nopeasti maaveteen osa voi huuhtoutua juuriston ulottumattomiin Maan mikrobitoiminta vilkastuu ja hajotustoiminta lisääntyy Ravinteiden kierto ja typen vapautuminen turpeesta nopeutuu Tuhkalannoituksen vaikutukset näkyvät turpeen ph:ssa ja ravinnepitoisuuksissa vuosikymmenien ajan Myös maan raskasmetallipitoisuudet kohoavat Raskasmetallit ovat kuitenkin tuhkassa erittäin hidasliukoisessa muodossa Tuhkalannoitteille asetetut raja-arvot ehkäisevät liiallista kuormitusta Lähteet: Mahmood S, Finlay RD, Fransson A M & Wallander H (2003) Effects of hardened wood ash on microbial activity, plant growth and nutrient uptake by ectomycorrhizal spruce seedlings. FEMS Microbiology Ecology 43: Moilanen M & Issakainen J (2003) Puu- ja turvetuhkien vaikutus maaperään, metsäkasvillisuuden alkuainepitoisuuksiin ja puuston kasvuun. Metsätehon raportti s. Nieminen M, Piirainen S & Moilanen M (2005) Release of mineral nutrients and heavy metals from wood and peat ash fertilizers: field studies in Finnish forest soils. Scandinavian Journal of Forest Research 20: Nieminen M, Piirainen S & Moilanen M (2007) Phosphorus allocation in surface soil of two drained peatland forests following wood and peat ash application why effective adsorption on low sorptive soils? Silva Fennica 41(3): Kuva: N Huotari

13 Tuhkalannoituksen vaikutus sammaliin? Alkuperäiset sammalet voivat kuivua, ruskettua ja kuolla heti tuhkan levityksen jälkeen Rakeistettua tuhkaa käytettäessä vaikutukset ovat lievempiä Tilalle tulee uusia lajeja ja alkuperäinen sammalpeite elpyy ajan kuluessa Metsäsammalten raskasmetallipitoisuudet ovat yleensä pysyneet muuttumattomina Joissakin tapauksissa sammalten kadmiumpitoisuudet ovat hieman kohonneet tuhkan levityksen jälkeen, mutta pysyneet kuitenkin alhaisella tasolla Suomessa mitattuihin yleisiin pitoisuuksiin suhteutettuna Lähteet: Moilanen M, Silfverberg K & Hokkanen TJ (2002) Effects of wood-ash on the growth, vegetation and substrate quality of a drained mire: a case study. Forest Ecology and Management 171: Huotari N, Tillman-Sutela E & Kubin E (2011) Ground vegetation has a major role in element dynamics in an ash-fertilized cut-away peatland. Forest Ecology and Management 261: Kuva: N Huotari

14 Tuhkalannoituksen vaikutus muuhun kasvillisuuteen? Heinät ja ruohot lisääntyvät tuhkalannoituksen jälkeen, varpukasvit puolestaan vähentyvät (johtuu ph:n noususta ja typen mineralisaatiosta) Lajimäärä usein kasvaa ja kasvupaikan rehevyys lisääntyy (esim. saniaiset, vadelma) Paljaalla turvepinnalla tuhkalannoitus nopeuttaa kasvillisuuden muodostumista merkittävästi Ruohojen, heinien ja varpukasvien raskasmetallipitoisuudet ovat pysyneet alhaisella tasolla Lähteet: Moilanen M & Issakainen J (2003) Puu- ja turvetuhkien vaikutus maaperään, metsäkasvillisuuden alkuainepitoisuuksiin ja puuston kasvuun. Metsätehon raportti s. Huotari N, Tillman-Sutela E & Kubin E (2011) Ground vegetation has a major role in element dynamics in an ash-fertilized cut-away peatland. Forest Ecology and Management 261: Kuva: M Moilanen

15 Tuhka ja metsämarjat Ravinnepitoisuudet (P, K, Ca, B) kohoavat useiden vuosien ajaksi Cr-, Ti-, As-pitoisuudet nousevat lyhyeksi aikaa (kosketusvaikutus) Poimimista tuhkan levitystä seuraavana syksynä on syytä välttää Cd-pitoisuus pysyy ennallaan tai alenee - Tuhkan kalkitusvaikutus hidastaa metallien liukoisuutta Lähteet: Levula T, Saarsalmi A & Rantavaara A (2000) Effects of ash fertilization and prescribed burning on macronutrient, heavy metal, sulphur and 137 Cs concentrations in lingonberries (Vaccinium vitis-idaea). Forest Ecology and Management 126: Moilanen M & Issakainen J (2000) Tuhkalannoituksen metsävaikutukset. Metsätehon raportti s. Moilanen M, Fritze H, Nieminen M, Piirainen S, Issakainen J & Piispanen J (2006) Does wood ash application increase heavy metal accumulations in forest berries and mushrooms? Forest Ecology and Management 226: Kuva: M Moilanen

16 Tuhka ja sienet Sienten ravinnepitoisuudet kohoavat, myös Al, As, Cr ja Fe-arvot ohimenevästi levityksen jälkeen Poimimista levitystä seuraavana syksynä on syytä välttää Pitemmällä aikavälillä raskasmetallipitoisuuksissa ei selvää vaikutusta Ei havaintoja luonnonvaihtelusta poikkeavista pitoisuuksista Lähteet: Moilanen M & Issakainen J (2000) Tuhkalannoituksen metsävaikutukset. Metsätehon raportti s. Moilanen M, Fritze H, Nieminen M, Piirainen S, Issakainen J & Piispanen J (2006) Does wood ash application increase heavy metal accumulations in forest berries and mushrooms? Forest Ecology and Management 226: Kuva: J Issakainen

17 Eläimet Kertyykö raskasmetalleja? Tuhkalannoitus ei ole lisännyt raskasmetallien kertymistä valumaalueiden alapuolisten järvien eläinplanktonissa, pohjaeläimissä tai kaloissa Tuhkalannoituksella ei ole havaittu olevan merkittävää vaikutusta erilaisten hyönteisten kadmiumpitoisuuksiin Päästäisissä, hyönteisissä, madoissa tai linnun munissa ei ole havaittu merkittäviä tai pitkäkestoisia raskasmetallipitoisuuksien muutoksia Lähteet: Lodenius M (2003) Cadmium concentrations in a boreal forest ecosystem after application of wood ash. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 71: Lodenius M, Josefsson J, Heliövaara K, Tulisalo E & Nummelin M (2009) Cadmium in insects after ash fertilization. Insect Science 16: Lodenius M, Soltanpour Gargari, Tulisalo E & Henttonen H (2002) Effect of ash application on cadmium concentration in small mammals. Journal of Environmental Quality 31: Tulonen T, Arvola L, Pihlström M, Mäkinen A, Rummukainen A & Rask M (2003) Tuhkalannoituksen vaikutus metsäjärvissä. Metsätehon raportti s. + liitteet.

18 Vesistöt Huuhtoutuuko tuhkalannoitetuilta alueilta ravinteita tai raskasmetalleja? Fosforin sekä raskasmetallien huuhtoutuminen on ollut erittäin vähäistä jos tuhkaa ei joudu lannoituksen yhteydessä suoraan ojiin Tuhkalannoitus ei ole lisännyt myöskään turpeessa olevan typen huuhtoutumista vesistöihin - Fosfori pidättyy maahan tuhkan Al- ja Fe- yhdisteiden kanssa - Raskasmetallit liukenevat tuhkasta erittäin hitaasti tuhkan emäksisyyden vuoksi - Kasvillisuus ja puusto sitoo ravinteita Tuhkan joutumista ojiin ja vesistöihin levityksen yhteydessä on vältettävä: - Ojien reunoille 1-2 m suojavyöhykkeet - Purojen reunoille m - Järvien, jokien ja lampien reunoille 50 m Lähteet: Tulonen T, Ollila S & Arvola L (2000) Tuhkalannoituksen vesistövaikutukset. Metsätehon raportti s. + liite. Nieminen M, Piirainen S & Moilanen M (2005) Release of mineral nutrients and heavy metals from wood and peat ash fertilizers: Field studies in Finnish forest soils. Scandinavian Journal of Forest Research 20(2): Piirainen S, Domisch T, Nieminen M & Moilanen M (2008) Long term leaching of nutrients from drained peatland after ash fertilization. In: Farrel C & Feehan J (eds.). Proceedings of the 13th International Peat Congress. After Wise Use The Future of Peatlands. Tullamore, Ireland, 8 13 June Volume 1, Oral Presentations. International Peat Society, p

19 Vesistöt Tuhkalannoitus voi nostaa valumavesien ph-arvoa sekä K, B, S ja Napitoisuuksia Vaikutukset ovat lyhytaikaisia, eivätkä aiheuta haittaa vesistöille Rakeistaminen hidastaa liukenemista Maan happamuudella on merkittävä vaikutus raskasmetallien liukenemiseen tuhkan neutralointikyky ja sen kesto vaikuttavat keskeisesti huuhtoumiin pitkällä aikavälillä Riskien minimoimiseksi onkin tärkeää, että lannoituksessa käytettävälle tuhkalle on määritetty selkeät raskasmetallipitoisuuksien raja-arvot Lähteet: Piirainen S & Domisch T (2004) Tuhkalannoituksen vaikutus pohja ja valumavesien laatuun ja ainehuuhtoumiin ojitetuilla soilla. Metsätehon raportti s. Piirainen S, Domisch T, Nieminen M & Moilanen M (2005) Nutrient and heavy metal leaching after wood ash fertilization from drained peatland. In: Pechová J & Karas J (eds.). Regular Recycling of Wood Ash to Prevent Waste Production. RecAsh A Life environment demonstration project. RecAsh International Seminar, 8th 9th (10th) of November 2005, Prague, Czech Repoblic. Proceedings. Forests of the Czech Republic, S. E., pp Kuva: J Issakainen

20 Tuhkan rakeistus Pohjois-Pohjanmaalla Hankeen tavoitteet Selvitetään alueellisen tuhkan rakeistuslaitoksen toimintaedellytykset Tutkitaan syntyvän tuhkan laatu (OY, kemian laitos) Selvitetään tuhkan metsätalouskäyttöön tarvittavat tuotteistamismenetelmät Siirretään tutkimustuloksia käytännön toimijoille Helpotetaan tuhkaa hyötykäyttävän yritystoiminnan syntymistä alueella Kuva: Metla/Muhos

21 Kiitos!