Terra Preta kasvatuskoe Pilkon pellolla

Transkriptio

1 Terra Preta kasvatuskoe Pilkon pellolla Karelia ammattikorkeakoulu Biotalouden keskus Simo Paukkunen Lokakuu 2013

2 Sisällys 1 Johdanto Aineisto ja menetelmät Tulokset Oraiden määrä ja laatu syksyllä Satomittaukset syksyllä Johtopäätökset Lähteet:... 12

3 1 Johdanto Hajautetut biojalostamot ja uudet tuotteet hankkeessa oli tavoitteena tutkia ja tuottaa uutta tietoa puun erilaisista ja uusista käyttömuodoista 1. Tämän raportin aiheena on Karelia ammattikorkeakoulun toteuttama terra preta viljelykoe, joka toteutettiin Joensuun Pilkon kaupunginosassa sijaitsevalla pellolla. Viljelykoe oli osa Hajautetut biojalostamot ja uudet tuotteet hankkeen kokeellista toimintaa, kuten oli myös Karelia amk:n tekemä laboratorioolosuhteissa toteutettu terra preta koe (Juvonen 2013). Pilkon viljelykokeen tarkoitus oli tuottaa lisätietoa puuperäisen materiaalin uusista käyttömahdollisuuksista Pohjois-Karjalan maakunnan alueella. 2 Aineisto ja menetelmät Viljelykokeen tarkoitus oli tutkia puuhiili-puupellettien vaikutusta viljakasvin tuottavuuteen. Hiili, jota käytettiin puuhiili-puupellettien tekemisen raaka-aineena, oli puukaasuttimen jäännöshiiltä. Puukaasuttimen jäännöshiilestä ja kuivasta puuraaka-aineesta (mänty-kuusi seos, painosuhde tuntematon) tehtiin keväällä 2012 puuhiili-puupellettejä (painosuhde 33% hiiltä ja 66 % puuraaka-ainetta), jota käytettiin kasvatuskokeen koejäsenenä. Koe perustettiin , jolloin peltoalueelle merkittiin koealueet, kasvualusta käsiteltiin jyrsimällä, puuhiili-puupelletti levitettiin ja lopuksi kylvettiin kasvatettava syysruis. Kokeen perustivat (kuva 1) Hajautetut biojalostamot - hankkeessa työskentelevät Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulun 2 henkilökunnan jäsenet ja maaseutuelinkeinojen opiskelijaryhmä. Maaperästä otettiin näytteet, jotka toimitettiin Suomen Ympäristöpalvelun analysoitavaksi ja maaperäanalyysin tulokset ovat liitteessä 1. 1 Lisää tietoa Hajautetut biojalostamot ja uudet tuotteet hankkeesta löytyy 2 Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulu-liikelaitos muuttui alkaen Karelia ammattikorkeakoulu osakeyhtiöksi. 1

4 Kuva 1. Viljelykokeen perustaminen Pilkossa Koelohkon pituus oli 10 metriä ja leveys 2,0 m (kuvio 1). Koelohkoihin numero 2,4,6,ja 8 levitettiin käsin 30 kg puuhiili-puupellettejä (hiilipitoisuus 33 %), joten hiiliannos oli 0,5 kg hiiltä /neliömetri. Pellettien levityksen jälkeen kaikki koelohkot jyrsittiin neljä kertaa polttomoottorikäyttöisellä puutarhajyrsimellä. Jyrsinnän jälkeen koelohkoille kylvettiin Reetta syysruista (150 kg/ha, oletus oli 500 kpl itäviä siemeniä /m 2 ) ja koelohkoihin laitettiin pellon Y 3 lannoitetta 200 kg/ha (lannoituksen koostumus oli N 23 P 3- K 8). Kokeen koeasetelma on esitetty kuvassa 2. 2

5 Koelohkon pituus oli 10 metriä ja leveys 2 metriä Koelohko 8 Koelohko 7 Koelohko 6 Koelohko 5 Koelohko 4 Koelohko 3 Koelohko 2 Koelohko 1 Kuva 2. Pilkon terra preta kasvatuskokeen koeasetelma Rukiin kasvua seurattiin visuaalisesti tarkastelemalla (Kuva 3) ja jo syksyllä 2012 todettiin yleisten kasvuolosuhteiden olevan vaativat. Syksyn 2012 erittäin vaikeista sääolosuhteista johtuen rikkatorjuntaa eikä talvi-tuhotorjuntaa ei pystytty tekemään. Ruis talvehti kohtuullisesti ja koejäsenten väliset erot olivat visuaalisesti havaittavissa. Visuaalisen havainnon perusteella näytti siltä, että kasvu olisi parempaa biohiilettömissä lohkoissa ja biohiilellä voisi olla maanpinnan sammaloitumista hidastava vaikutus, mutta syytä tähän ei tiedetä. Koko koealue lannoitettiin ja lannoitteena levitettiin 60 kg/ha typpeä suomensalpietarina, 40 kg/ha kaliumia kaliumsulfaattina ja 26 kg/ha rikkiä kaliumsulfaattina ja suomensalpietarina. 3

6 Kuva 3. Pilkon terra preta kasvatuskokeen tilanne Kuvassa vasemmalta lähtien koelohko 1, koelohko 2 ja koelohko 3 (näkyy vain hieman yläosaa). Kokeessa suoritettiin oraslaskenta syksyllä 2012, jonka tuloksia analysoitiin kaksisuuntaisella varianssianalyysillä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin, onko biohiilellä vaikutusta ruiskasvustoon. Tutkimuskohteena oli 8 lohkoa, joista joka toinen lohko oli lannoitettu biohiilellä ja joka toinen lohko ei ollut saanut lannoitetta ollenkaan. Jokaisessa lohkossa oli kolme koeruutua, joiden halkaisija oli 80 cm. Ensimmäinen koeruutu sijaitsi metrin päässä lohkon päädystä. Kaksi seuraavaa koeruutua sijaitsivat viiden metrin välein. Jokaisesta koeruudusta laskettiin oraiden määrä. Näytekohdista leikattiin oraat pusseihin ja oraitten painot mitattiin sekä KEG 3 arvot määritettiin Karelia amk: laboratoriossa Sirkkalassa Koe lopetettiin ja koelohkoista määritettiin sato. Koeruutujen rukiin kasvu oli erittäin epätasainen. Koeruutujen koillisreunan rukiit olivat menestyneet hyvin, mutta luoteisreunassa ei ollut oikein ruista lainkaan (kuva 4). 3 Oraista mitattiin lehtivihreäpitoisuus KEG kortein, josta voi päätellä kuinka elinvoimaisen värisiä oraat ovat. KEG arvo kuvaa lähinnä oraiden typen saantia. 4

7 Kuva 4. Pilkon terra preta kokeen satotutkimuksen näytteenotto Opiskelijat ovat koelohkojen koillisreunassa Puuhiili-puupellettien vaikutusta satomääriin tutkittiin varianssianalyysillä. Satotutkimusta varten näytteet otettiin koelohkojen koillisreunasta, koska rukiin kasvu oli epäonnistunut koelohkojen luoteisreunassa. Ennen näytteenottoa koeruutujen pää suoristettiin niittämällä. Kasvustoon työnnettiin niittorajasta 1m x 1m leikkuukehikko, jonka ulkopuolelta korret kaadettiin pois, kehikon sisään jääneestä kasvustosta noukittiin tähkät manuaalisesti, tähkät punnittiin ja laitettiin kuivumaan kuivausuuniin +105 C asteeseen. Näytteet otettiin kuivausuunista 24 h kuluttua ja näytteet punnittiin eli niistä määritettiin kuiva-aineksen määrä. Tuloksista laskettiin lohkon tähkien keskisato yksikössä kg kuiva /ha (ei jyväsato, sillä koko tähkä on mukana). Mittaustulokset käsiteltiin MS Excel:in varianssianalyysityökalulla, koska haluttiin selvittää puuhiili-puupelletin vaikutusta satomääriin. 5

8 3 Tulokset 3.1 Oraiden määrä ja laatu syksyllä 2012 Oraiden määrään ja laatuun liittyvä aineistonkeruu suoritettiin syksyllä Oraiden määrä kuvaa viljan itävyyttä eli kuinka suuri osa kylvetyistä siemenistä on itänyt. Puuhiilellä käsiteltyjen koelohkojen oraiden määrien keskiarvo oli 36,75 kappaletta/ruutu ja käsittelemättömien lohkojen keskiarvo oli 37,33 kpl/ruutu. Varianssianalyysin tulos oli, että käsittelyiden välillä ei ollut merkitsevää eroa (testin p-arvo oli 0,82). Oraiden määrään liittyvät tunnusluvut ovat esitetty taulukoissa 1 ja 2 sekä kuviossa 1. Taulukko 1. Oraiden määrä, kpl Koelohko Käsittely näyte 1 näyte 2 näyte 3 1 ei puuhiiltä ei puuhiiltä ei puuhiiltä ei puuhiiltä puuhiili puuhiili puuhiili puuhiili Taulukko 2. Varianssianalyysin tulokset oraiden määristä. YHTEENVETO Ryhmät Lukumäärä Summa Keskiarvo Varianssi ei puuhiiltä , ,78788 puuhiili ,75 36,56818 ANOVA Vaihtelun lähde NS va KN F P- F-kriittinen arvo Luokkien välissä 2, , , ,82 4, Ryhmissä 850, , Yhteensä 852,

9 60 Oraiden tiheys näyte 1 näyte 2 Näyte 3 Keskiarvo, kpl 0 1, ei hiiltä 3, ei hiiltä 5, ei hiiltä 7, ei hiiltä 2, hiili 4, hiili 6, hiili 8,hiili Kuvio 1. Oraiden tiheys kpl/m 2 esitettynä koelohkoittain. X-akselilla ovat koelohkot numeroittain ja y-akselilla oraiden määrä, kpl. Puuhiilellä käsiteltyjen koeruutujen oraiden painojen keskiarvo oli 34,3 g ja käsittelemättömien lohkojen keskiarvo oli 5,79 g. Varianssianalyysin tulos oli, että käsittelyiden välillä oli tilastollisesti merkitsevä ero (testin p-arvo oli 0,049). Puuhiilellä käsiteltyjen koelohkojen oraat olivat kevyempiä kuin ei-käsiteltyjen koelohkojen Oraiden painoon liittyvät tunnusluvut ovat esitetty taulukoissa 3 ja 4 sekä kuviossa 2. Taulukko 3. Oraiden paino lannoitus kolohko näyte 1 Näyte 2 Näyte 3 ei puuhiiltä 1 9,9 7,8 3,5 ei puuhiiltä 3 7,6 4,4 4,9 ei puuhiiltä 5 5,3 5,3 4,5 ei puuhiiltä 7 4,1 6,4 5,8 puuhiili 2 3,3 4,7 3,6 puuhiili 4 2,5 4 5,2 puuhiili 6 8,1 3,5 2,5 puuhiili 8 6,5 3,3 4,4 7

10 Taulukko 4. Varianssianalyysin tulokset oraiden painoista. YHTEENVETO Ryhmät Lukumäärä Summa Keskiarvo Varianssi ei puuhiiltä 12 69,5 5, , puuhiili 12 51,6 4,3 2, ANOVA Vaihtelun lähde NS va KN F P- F-kriittinen arvo Luokkien välissä 13, , , ,049 4, Ryhmissä 67, , Yhteensä 80, Kuvio 2. Oraiden painot esitettynä koelohkoittain. X-akselilla ovat koelohkot numeroittain ja y-akselilla oraiden paino, g. 8

11 Lehtivihreäpitoisuudessa oli hienoinen etu KEG arvioiden mukaan käsittelemättömien ruutujen eduksi. Tästä ei tehty tilastollisia analyysejä, sillä KEG värikorttien asteikko on järjestyslukuasteikko. Taulukko 5. KEG arviointien tulokset. Käsittely Koelohkot näyte 1 Näyte 2 Näyte 3 ei puuhiiltä 1 K1 K2 K3 ei puuhiiltä 3 K1 K2 K3 ei puuhiiltä 5 K2 K1 K1 ei puuhiiltä 7 K1 K1 K2 puuhiili 2 K1 K0 K3 puuhiili 4 K1 K1 K2 puuhiili 6 K1 K2 K1 puuhiili 8 K2 K2 K1 3.2 Satomittaukset syksyllä 2013 Hiilellä käsiteltyjen koelohkojen keskimääräinen sato kuiva-aineena oli 1766 kg kuiva /ha ja käsittelemättömien koelohkojen keskimääräinen sato kuiva-aineena oli 1808 kg kuiva /ha Sadon määrällä kuvattuna tulos oli se, että hiilikäsitellyissä lohkoissa sato oli 2,3 % huonompi kuin käsittelemättömissä. Varianssianalyysin tulos oli, että käsittelyjen välinen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä (p arvo = 0,88). Syksyn 2012 erittäin vaikeista sääolosuhteista johtuen rikkatorjuntaa eikä talvituhotorjuntaa ei pystytty tekemään ja tämä on voinut vaikuttaa kokeen tuloksiin. Tuloksia tulkittaessa on myös huomioitava kasvualustan happamuus 4, joka todennäköisesti haittasi rukiin menestymistä. Koelohkojen luoteispää jätettiin systemaattisesti huomiotta vertailussa rukiin erittäin huonon menestymisen takia. Sateisella syksyllä 2012 on todennäköisesti ollut vaikutusta siihen, että luoteispäässä ei käytännössä kasvanut ollenkaan ruista. Maanpinta koealueella on hiukan kallellaan luoteeseen päin, joten runsas sadevesi jäi seisomaan koelohkojen luoteispäähän. Satomittausten keskeiset tunnusluvut ovat esitetty taulukoissa 6 ja 7. 4 Maaperänviljavuustutkimus tehtiin ennen puuhiili-puupellettien levittämistä. 9

12 Taulukko 6. Kasvatuskokeen satotutkimuksen tulokset koelohkoittain esitettynä. Jokaisesta koelohkosta otettiin kaksi näytettä. Näyte Tähkien Tähkän nro kuivapaino, g korjuukosteus, % 1a 113,1 28, Sato, kg kuiva /ha Koelohko käsittely 1b 100,1 27, ei hiili 2a 95,8 33, b 69,1 33, hiili 3a 85,9 29, b 81,8 29, ei hiili 4a 62,5 31, b 52,1 32, hiili 5a 100,6 29, b 82,6 29, ei hiili 6a , b 105,9 29, hiili 7a 79,6 28, b 79,4 29, ei hiili 8a 110,8 29, b 97,2 29, hiili Taulukko 7. Kasvatuskokeen satotutkimuksen varianssianalyysin tulokset. Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance ei hiili ,58 hiili ,7 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 3486, ,125 0, , , Within Groups , ,1 Total ,9 7 10

13 4 Johtopäätökset Vuoden kestäneen yksittäisen kasvatuskokeen perusteella ei voi tehdä pitkälle meneviä johtopäätöksiä hiilen lisäämisen vaikutuksista rukiin viljelyyn. Kokeen ainoa tilastollisesti merkitsevä tulos oli, että oraitten paino oli hiilellä käsitellyillä koelohkoilla alempi kuin käsittelemättömillä. Muut kokeen tuloksista eivät olleet tilastollisesti merkitseviä, joten käsittelyjen väliset erot selittyvät satunnaisella vaihtelulla. Mahdollista on, että puukaasuttimesta peräisin oleva jäännöshiili ei ole soveltuvaa terra preta viljelyyn, vaan tähän tarkoitukseen sopiva voisi olla perinteisellä miilumenetelmällä tai vastaavalla retorttimenetelmällä valmistettu grillihiilen tapainen hiili. Karelia amk on tehnyt päätöksen, että koeasetelma Pilkon pellolla saa jäädä odottamaan jatkotoimenpiteitä. Koeruuduista korjattiin syksyllä 2013 rukiin kasvusto pois, joten tulevaisuudessa koeasetelmaa voidaan käyttää seuraaviin kasvatuskokeisiin. On mahdollista, että hiilen lisäyksen vaikutuksen viljelyyn tulee esiin vasta usean vuoden päästä hiilen maahan laittamisesta. Hiilen pitkäaikaisia vaikutuksia voidaan tutkia maaperäanalyysien ja uusien kasvatuskokeiden avulla. 11

14 Lähteet: Juvonen, Eeva-Liisa Hajautetut biojalostamot - hankkeen raportti. Puuhiilen vaikutus typen ja fosforin huuhtoutumiseen sekä kasvuun kasvatuslaboratoriokokeessa. Karelia ammattikorkeakoulu Oy. 12