Suobiomassan tuotto vanhoilla turvetuotantoalueilla uuden turpeen muodostumisnopeus

Transkriptio

1 1 Suobiomassan tuotto vanhoilla turvetuotantoalueilla uuden turpeen muodostumisnopeus Markku Mäkilä, Geologian tutkimuskeskus Yhteenveto Tuloksia suobiomassan tuotosta ja uuden turpeen muodostumisnopeudesta vanhoilla turvetuotantoalueilla on kerätty 7 eri suolta kirjallisuuden perusteella. Turpeen kasvu on keskimäärin 25 cm 38 vuodessa eli 6,6 mm a -1. Suobiomassan tuotto on 68 tutkimuspisteellä keskimäärin 1830 kg kuiva-ainetta hehtaaria kohden vuodessa, josta 820 kg on hiiltä. Tämä on samaa suuruusluokkaa kuin keskimääräinen vuotuinen hiilikertymä rannikon nuorilla luonnontilaisilla soilla viimeisen 100 vuoden aikana. Veden pinnan taso ja sen vaihtelu, kasvilajisto sekä suon pohjan ravinteisuus ovat merkittäviä selittäjiä tutkittujen alueiden ennallistumisessa. Soiden onnistuneen ennallistamisen jälkeen pintakerroksissa voi biomassaa muodostua lähes samassa ajassa kuin pitkän kiertoajan metsätaloudessa. Rahkasammalen kasvatuksen tulokset osoittavat, että rahkasammal kasvaa pituutta sentin vuodessa. Turvekertymä kuiva-aineena on parhaimmillaan jopa yli 4000 kg hehtaarilla. Vastaavan suuruisia tuloksia on saatu Etelä-Suomen luonnontilaisten keidassoiden pintaosan elävästä sammalkerroksesta. Selvitysten mukaan rahkasammalten vuotuinen biomassatuotos voi olla vähintään yhtä suuri kuin ojitetun suon puuston maanpäällisen biomassan vuotuinen tuotto. Alustavissa kenttäkokeissa saavutettiin jo kolmantena rahkasammalten siirrostuksen jälkeisenä vuonna noin 2700 kg:n biomassatuotos hehtaarilla. Tehokas ilmakehän hiilidioksidin sitoutuminen suokasvillisuuteen alkaa välittömästi kasvillisuuden leviämisen jälkeen. Alkuvaiheessa hiilen sidonnasta vastaavat tavallisesti sarat, ja rahkasammaleet seuraavat viiveellä perässä. Soistumisprosesseihin liittyen myös kasvihuonekaasuna toimivan metaanin tuotanto kasvaa ennallistetulla suolla. Suon kokonaishiilen sidonta, ja samalla sen vaikutus ilmastoon, on riippuvainen hiilidioksi-sidonnan ja metaanin vapautumisen suhteesta. Ennallistumiskehityksen alkuvaiheessa suon hiilitase on yleensä selvästi positiivinen (n kg hiiltä ha -2 a -1 ). Myöhemmissä kehitysvaiheissa suon kokonaissidonta saattaa heikentyä, kuten tapahtuu luonnontilaisilla soilla. Uuden biomassan kasvunopeus voi silti säilyä suurena. Taulukko 1. Tuloksia turpeen noston lopettamisen jälkeisistä turvekerroksista. Suo Turvekerroksen Turpeen Kuiva-aineen Hiilen Turvekerroksen paksuus tiheys sitoutuminen sitoutuminen ikä cm kg m -3 g m -2 a -1 g m -2 a -1 vuotta 1. Klaukkalan Isosuo 23±13 26±11 161±132 82± n=28 (5-56) (9-45) (23-679) (11-346) 2. Aitoneva 2 31±5 33±17 212±107 83± n=8 (23-40) (9-56) (75-351) (37-167) 3. Suurisuo 26±15 29±13 116±49 58±25 n. 50 n=16 (7-46) (11-60) (42-221) (21-111) 4. Aitoneva ±93 116* n=7 (10-35) (11-105) (84-466) (38-209) 5. Denbo Heath n=5 32 (20-40) 21 (11-33) 225 ( ) 101* (45-158) 32 (19-44) 6. Formerly mined * 13 n=2 7. Mankkaan Turvesuo n=2 (Piste E4) (10-20) 29 (45) (7-15) 35 (39) ( ) 168 (289) (45-72) 75 (122) Keskim (9-17) n. 60 n. 60

2 2 Tutkitut suot Seuraavassa on sivuilla 2-4 lyhyt kuvaus tutkituista soista ja biomassan tuottoon vaikuttavista tekijöistä vanhoilla turvetuotantoalueilla. Rahkasammalen tuotosta ja kasvatuksesta kerrotaan sivuilla 5-6 ja soistuneiden suopohjien hiilikaasudynamiikasta sivuilla 6-7. Turpeen ja hiilen kertymä ennallistuvilla suonpohjilla tuloksia kolmelta suolta Vasander, H. & Roderfeld, H Tutkimuksen kohteena oli kolme vanhaa turpeennostoaluetta Etelä- ja Keski-Suomessa. Kohteet olivat: 1. Klaukkalan Isosuo on keidassuo 30 km pohjoiseen Helsingistä luvulla osa alueesta kuivattiin kuivike- ja eristeturvetarkoituksiin. Lapiopistomenetelmällä tapahtuva nosto eteni vähittäin kentältä toiselle. Nämä olivat n m leveitä ja 200 m pitkiä. Vanhimmat kentät hylättiin vuoteen 1950 mennessä, kun nuorimmat olivat käytössä v saakka. 2. Aitoneva II Keski-Suomessa oli käytössä vv Turve nostettiin laahakauhalla. Noston lopettamisen jälkeen 3-4 m syvät alueet ovat saaneet ennallistua itsekseen. 3. Suurisuo sijaitsee Hämeenlinnan eteläpuolella. Kuiviketurpeen nosto jatkui II maailmansotaan asti, jonka jälkeen veden pinta nousi ja alue vettyi ja ennallistui luontaisesti. Kasvillisuuskartoitus osoitti veden pinnan tason ja sen vaihtelun olevan merkittävä selittäjä tutkittujen alueiden ennallistumisessa. Kohteilla, joissa vesi oli aivan pinnan tasalla, kuten Klaukkalan Isosuolla tai Aitonevan laahakauha-alueella, on tapahtunut melko nopeata suokasvien kolonisaatiota ja uuden turpeen muodostumista. Turpeen noston lopettamisen jälkeen syntyneen turvekerroksen paksuus vaihteli kolmella tutkitulla kentällä 5:stä 56 cm:iin riippuen veden pinnan tasosta ja turpeen noston lopettamisen jälkeen kuluneesta ajasta. Turpeen tiheys on 9-60 kg m -3. Orgaanisen aineen vuotuinen kertymä vaihteli välillä g m -2. Kolmen suon laskennallinen hiilen keskimääräinen kertymäarvo on 74 g C m -2 a -1. Tämä on samaa suuruusluokkaa kuin keskimääräinen vuotuinen hiilikertymä nuorilla rannikon soilla viimeisen 100 vuoden aikana (Mäkilä & Goslar 2008). Soiden onnistuneen ennallistamisen jälkeen pintakerroksissa voi muodostua biomassaa lähes samassa ajassa kuin pitkän kiertoajan metsätaloudessa. Onnistunut ennallistaminen voi vaatia ekoteknisiä toimenpiteitä. Veden pinnan taso on säädettävä suokasveille sopivaksi ja voi olla tarpeen kylvää sopivia lajeja alueelle, jotta turpeen kertyminen saataisiin alkuun.

3 3 Korjuun jälkeisestä turpeen kasvusta ja suokasvillisuuden palautumisesta Lainevesi, S. & Tolonen, K Tutkimus on tehty vuosina Kihniön Aitonevan jyrsinturvetyömaan hylätyillä alueilla. Näytealoiksi valittiin seitsemän v hyödynnettyä eri tavoin kehittynyttä turvehautaa. Korjuun jälkeistä kasvua oli kertynyt cm. Kerrostumisnopeus vaihteli kuudessa tutkimuspisteessä 6,0-9,3 mm vuodessa. Keskiarvo on 8,36 mm a -1. Arvot pienenevät kussakin näytteessä alaspäin mentäessä, mikä on lähinnä kokoonpuristumisen aiheuttamaa. Turvekertymä on yleensä sitä suurempi mitä vanhemmista kerroksista on kyse. Tämä ei johdu kuitenkaan siitä, että tuotos vähenisi ylöspäin vaan tupasvillan juurakot, varvut ja humusmassa lisäävät turpeen tiheyttä. Lisäksi hajotusaktiivisuus vähenee alaspäin mentäessä. Turpeen tiheyden ja korjuun jälkeen kasvuun käytettävissä olleen ajan avulla on laskettu keskimääräinen vuotuinen turvekertymä. Turvekertymän keskiarvo on 258±93 g m -2 a -1. Vaihtelua on välillä g m -2. Turpeen kasvu vanhoilla jyrsinturvekentillä Tolonen, K., Davis, R.B. and Widoff, L Turpeen kasvu on ollut Mainen osavaltion Denbo Heathin vanhoilla jyrsinturvekentillä n. 30 vuodessa keskimäärin 225 ( ) g m -2 a -1. Kasvu on samansuuruinen suon luonnontilaisen alueen korkeimpiin kasvuarvoihin verrattuna. 6. Turpeen kasvu on ollut Formerly mined suon vanhalla jyrsinturvekentällä n. 15 vuodessa keskimäärin 138 ( ) g m -2 a -1. Uusiutuminen on hidasta verrattuna Denbo Heathin tuloksiin. Erot voivat johtua suon pinnan kaltevuudesta ja siitä johtuvasta virtaavan veden eroosiosta. Turpeen ja hiilen kertymä Mankkaan Turvesuon vanhoilla turvepehkualueilla Markku Mäkilä 2009, GTK 6. Espoon Mankkaan Turvesuo sijaitsee 1980 luvulla lopetetun Mankkaan kaatopaikan itäreunalla. Entisen kaatopaikan vieressä ja tutkimusalueen eteläpuolella olevan vanhan läjitysalueen vaikutus näkyy mm. turvekerrostumien kohonneina ravinteisuusarvoina (Mäkilä & Grundström 2009). Jäljelle jääneen suon turvehaudat ovat muistoina laajamittaisesta turpeennostosta, jota harjoitettiin vuosina Parhaimpina vuosina turvetuotanto on ollut paalia turvepehkua. Turvepehkualueen biomassan kasvua on tutkittu kahdella tutkimuspisteellä 60 vuotta tuotannon jälkeen. Taulukon keskimääräisiä arvoja laskettaessa on käytetty tietoja pisteeltä, johon ympäristön ravinteet ovat vähemmän vaikuttaneet. Suluissa olevalla pisteellä (E4) korkeat ravintoarvot ja tuhkapitoisuus ovat lisänneet turpeen kasvua ja biomassan tuottoa sekä alentanut hiilimäärää.

4 4 Hiilen kertymä Kihniön Aitonevan ennallistuvilla suonpohjilla Mika Yli-Petäys HY/Metla Parkano Aitonevalla ennallistuvien eli uudelleen soistuvien suonpohjien biomassan- ja hiilen kertymää on tutkittu useilla kohteilla. Suon vesitalouden palauttamisen jälkeen ennallistumisen alkuvaiheen kehitys on hyvin nopeaa. Sarakasvit ja /tai rahkasammaleet valtaavat paljaan turvekentän jo parin kasvukauden aikana, mikäli suon vedenpinta on riittävällä korkeudella, ja suokasvillisuus kykenee leviämään kohteelle. Leviämislähteenä voivat toimia esimerkiksi sarkaojat ja läheiset luonnontilaiset suot. Tehokas ilmakehän hiilidioksidin sitoutuminen suokasvillisuuteen alkaa välittömästi kasvillisuuden leviämisen jälkeen. Alkuvaiheessa hiilen sidonnasta vastaavat tavallisesti sarat, ja rahkasammaleet seuraavat viiveellä perässä. Soistumisprosesseihin liittyen myös kasvihuonekaasuna toimivan metaanin tuotanto kasvaa ennallistetulla suolla. Suon kokonaishiilen sidonta, ja samalla sen vaikutus ilmastoon, on riippuvainen hiilidioksisidonnan ja metaanin vapautumisen suhteesta. Ennallistumiskehityksen alkuvaiheessa suon hiilitase on yleensä selvästi positiivinen (n hiiltä g m -2 a -1 ), kun se esimerkiksi luonnontilaisella karulla suolla on noin g m -2 a -1. Aitonevan n. 60 vuotta sitten soistumaan lähteneistä laahakauha-altaista on mitattu noin 250 g m -2 vuosittaisia rahkasammalbiomassan (kuiva-aineen) kertymiä, joka vastaa noin 125 grammaa hiiltä neliömetriä kohden. Vuosituhannen alussa samojen aapasuomaisten altaiden kokonaishiilen kertymän todettiin olevan kuitenkin hyvin lähellä nollaa. Kohteella ilmeisesti vanhan biomassan hajotus näkyy suhteellisesti heikentyneenä hiilen sidontana. Myöhemmissä kehitysvaiheissa suon kokonaissidonta saattaakin heikentyä, kuten tapahtuu luonnontilaisilla soilla. Uuden biomassan kasvunopeus voi silti säilyä suurena. Ennallistamiskehityksen vaiheiden kesto todennäköisesti vaihtelee paljon riippuen mm. suonpohjan ravinteisuudesta ja suon vesitaloudesta. Vesitaloudella on suuri merkitys suon sidontakykyyn. Myös kasvupaikka ja lajeista itsestään johtuvat tekijät vaikuttavat kasvillisuuden leviämiseen, kasvuun ja hiilitaseisiin. Kussakin olosuhteessa optimaalisia lajeja käyttämällä ja suon vesitaloutta säätämällä voidaan nopeuttaa suonpohjan kasvillisuuden leviämistä ja hiilen nettosidontaa. Samalla ajanjakson, jolla suo sitoo hyvin tehokkaasti hiiltä, voidaan mahdollisesti pitkittää. Aitonevalle perustetussa koejärjestelyssä optimaalisilla vedenpinnoilla kasvavien sarojen kasvun ja hiilidioksidin sidonnan todettiin olevan niin suurta, että kasvustoilla on jopa ilmastoa viilentävä nieluvaikutus.

5 5 Rahkabiomassan tuotto Niko Silvan, Metla Rahkasammaleen kasvatus ja tuotto Niko Silvan Metlan uutiskirje Rahkasammalen kasvatuksen tulokset osoittavat, että rahkasammal kasvaa pituutta sentin vuodessa, turvekertymä kuiva-aineena on parhaimmillaan jopa yli 4000 kiloa hehtaarilla. Vastaavan suuruisia tuloksia on saatu Etelä-Suomen luonnontilaisten keidassoiden pintakerroksen elävästä sammalkerroksesta (mm. Tolonen 1977, Lindholm 1989). Jos rahkasammalen kasvu on luontaisesti näin tehokasta, kasvaa se siirrostustekniikalla (elävien rahkasammalten siirto "siemenmateriaaliksi") luultavasti vieläkin nopeammin. Aiempien ja käynnissä olevien selvitysten mukaan rahkasammalten vuotuinen biomassatuotos voi olla vähintään yhtä suuri kuin ojitetun suon puuston maanpäällisen biomassan vuotuinen tuotto.

6 6 Alustavissa kenttäkokeissa saavutettiin jo kolmantena siirrostuksen jälkeisenä vuonna noin 2,7 tonnin biomassatuotos hehtaarilla. Viljelykokeella tehtiin useita mielenkiintoisia havaintoja. Jo toisena rahkasammaleen siirrostuksen jälkeisenä vuonna koealueen kasvillisuuteen sitoutui hiiltä selvästi enemmän kuin siitä vapautui. Rahkasammalten uudiskasvu on enimmillään 3 senttimetriä kasvukaudessa, nopeimmin kasvoi punarahkasammal. Myös muu suokasvillisuus levisi alueelle nopeasti. Leviäminen johtui osittain siirrostuksesta, osittain kasvillisuus levisi luontaisesti. Luontaisesti levinneitä lajeja ovatt muun muassa pullosara, tupasvilla ja kanerva. Rahkasammalten viljelytekniikka on alun perin kehitelty lähinnä uuden kasvuturpeen kasvatukseen suonpohjilla, mutta tulosten mukaan se soveltuisi myös korkeamman jalostusasteen bioenergian, kuten bioetanolin, tuottoon. Kasvatuksessa pyritään noudattamaan melko lyhyttä satokiertoa. Esimerkiksi 30 vuodessa voidaan rahkasammalten kasvatuksella tuottaa jopa 100 tonnia biomassaa kuiva-aineena hehtaarilla. Kasvihuonekaasujen dynamiikka uudelleen turvetta muodostuneissa turvehaudoissa Yli-Petäys, M., Laine, J., Vasander, H.,& Tuittila, E.S Kasvihuonekaasujen (hiilidioksidin ja metaanin) dynamiikkaa tutkittiin Kihniön Aitonevalla uudelleen turvetta muodostaneissa turvehaudoissa viisi vuosikymmentä turpeen hyödyntämisen päätyttyä. Kesä-syyskuun aikana kaikki tutkitut alueet toimivat hiilidioksidin sitojana (14 ja 118 g m -2 a -2 ), kun taas metaanipäästöt vaihtelivat -4,9:n ja -28,8 C m -2 :n välillä. Kun talviajan hiilen menetykset ja arvioitu hiilen huuhtoutuma (häviöt) vähennettiin kertymä oli hyvin pieni tai negatiivinen. Soistetut suonpohjat ja niiden hiilikaasudynamiikka Eeva-Stiina Tuittila, Mirva Leppälä, Mika Yli-Petäys, Sanna Kivimäki, Terhi Riutta, Jukka Laine, Harri Vasander, Kari Minkkinen, Kari Kukko-oja, Jukka Alm, Sanna Saarnio Suomessa on tutkittu suon hiilidynamiikan ennallistumiskehitystä turvetuotannon jälkeen ennallistetulla jyrsinturvekentällä ja kohteella, jossa laahakauhamenetelmällä tehty turpeen nosto on lopetettu viisikymmentä vuotta aiemmin. Ensimmäisellä alalla tutkimus kattaa varsin hyvin koko kymmenen vuoden soistumiskehityshistorian ja on pisin olemassa oleva seurantajakso maailmassa. Toiselta kohteelta on tehty kasvukauden aikaisia mittauksia kahdelta vuodelta. Kahdelta soistamiskohteelta saadut tulokset viittaavat siihen, että hiilen sidonta elpyy nopeasti suokasvillisuuden tulon myötä. Aluksi hiilinielu vaikuttaa olevan hyvin tehokas, erityisesti koska fotosynteesi on suurta ja hapettoman hajotuksen lopputuotteena syntyvää metaania vapautuu vähän. Merkittävin tekijä soistamisen onnistumisessa on maan riittävä kosteus. Suotuisissa oloissa hiilen kertyminen saattaa olla erittäin nopeaa kunnes syntyvä uusi orgaaninen aines lähestyy altaan reunoja ja allas alkaa täyttyä. Ajan myötä hiilidioksidin sidonta voi hidastua ja metaaninvapautumiseen johtavat prosessit vakautuvat niin, että metaanivuot asettuvat luonnontilaisten soiden tasolle.

7 7 Luonnontilaisen ja ennallistetun suon kasvillisuussukkessio ja hiilivirrat Tuittila, ES Turpeenkorjuun jälkeisillä suonpohjilla vedenpinnan nosto suosi suolajiston tuloa ja vakiintumista. Ennallistettujen suonpohjien hiilen sidonta voi elpyä nopeasti suokasvillisuuden tulon myötä, jopa muutamassa vuodessa, jos vesipinta pidetään pintaturpeen tasalla. Metaanipäästöt seurasivat viiveellä uuden orgaanisen aineksen sidontaa. Ennallistuvan alueen metaanipäästö voi olla aluksi, ainakin useiden vuosien ajan, vähäisempää kuin luonnontilaisilta sarasoilta. Lähdetietoa Lainevesi, S. & Tolonen, K. Korjuun jälkeisestä turpeen kasvusta ja suokasvillisuuden palautumisesta. Turveteollisuus , Lainevesi, S Korjuunjälkeinen turpeenkasvu ja suokasvillisuuden palautuminen Kihniön Aitonevan palaturvesoilla. Pro dradu-tutkielma. Oulun yliopisto. Kasvitieteen laitos, 86 s. + 4 liit. Lindholm, T Rahkasammaleesta turpeeksi, A.K. Cajanderin erään vanhan näytesarjan tarkastelua. Suo 40 (4), Mäkilä, M. & Goslar, T The carbon dynamics of surface peat layers in southern and central boreal mires of Finland and Russian Karelia. Suo 59(3), Mäkilä, M. & Grundström, A Mankkaan Turvesuon metaanivuot, turvevarat ja niiden käyttökelpoisuus. Geologian tutkimuskeskus. Etelä-Suomen yksikkö, Espoo. P 36.4/2009/20, 34 s. Roderfeld, H., Vasander, H. & Tolonen, K Differences in carbon accumulation of two cut-over peatlands in Finland. Teoksessa: Kanninen, M. & Heikinheimo, P. (toim.). The Finnish Research Programme on Climate Change. Second progress report. Publications of the Academy of Finland 1/94, Painatuskeskus, Helsinki. Silvan, N Metlan uutiskirje Tolonen, K. Turvekertymistä ja turpeen tilavuuspainoista kolmessa Etelä-Suomen keidassuossa. Suo 28(1), 1-8. Tolonen, K., Davis, R.B. & Widoff, L Peat accumulation rates in selected Maine peat deposits. Maine Geological Survey, Department of Conservation Bulletin 33, Tuittila, ES Restoring vegetation and carbon dynamics in a cutaway peatland. PhD thesis. Publications in Botany from the University of Helsinki 30, 138. Tuittila, E-S., Leppälä, M., Yli-Petäys, M., Kivimäki, S., Riutta, T., Laine, J., Vasander, H., Minkkinen, K., Kukko-oja, K., Alm, J., Saarnio, S Soistetut suonpohjat ja niiden hiilikaasudynamiikka. Julkaisussa: Turpeen ja turvemaiden käytön kasvihuonekaasuvaikutukset Suomessa. Maa- ja metsätalousministeriön julkaisuja 11, Vasander, H. & Roderfeld, H Suopohjien ennallistaminen. Kirjassa Suomen suot, Suoseura ry, Yli-Petäys, M., Laine, J., Vasander, H. & Tuittila, E.S Carbon gas exchange of a re-vegetated cut-away peatland five decades after abandonment. Boreal Environment Research 12,