Maanparannusaineet maaperän hiilitasetta nostamassa Sari Luostarinen Erikoistutkija, FT, Dos. Yhteistyössä: Tapio Salo, Kristiina Regina ja Jaakko Heikkinen 1 JärkiPelto
Maatalousmaiden hiilivarastojen rooli ilmastopolitiikassa korostuu YK:n ilmastosopimus (vuotuinen raportointi) http://unfccc.org/ EU:n LULUCF-päätöksen mukainen raportointi maatalousmaan hoidon vaikutuksesta 2013-2020 Ranskan tekemä 4/1000 -aloite maaperän hiilen sitomisen edistämiseksi https://www.4p1000.org/ Pariisin ilmastosopimuksen kaudella (2020 ) maatalousmaan hoidon hiilitase on yhä tärkeämmässä roolissa linkki taakanjakosektorille (jos maankäytöstä enemmän päästöjä kuin poistumia, muut sektorit joutuvat korvaamaan) YK:n ilmastosopimus Kioton pöytäkirja Pariisin sopimus 1992 1997 2015 Kioto 1. Kioto 2. Agreement Pariisin sopimus 2008 2013 2020 2 JärkiPelto
Peltomaan kunto ja hiilitase kiinnostaa muutenkin, koska se vaikuttaa Maaperän rakenteeseen Mururakenteen kestävyys Muokkautuvuus Veden varastoituminen ja hyvä liikkuvuus Riittävä ilmatila juuristolle Maaperän mikrobistoon (toiminta, mikrobimassa) Ravinteiden vapautumiseen ja pidättymiseen Satotasoihin Päästöjen hallintaan 3 JärkiPelto
Maatalousmaiden hiilivarasto Pohjois-Euroopassa hiilipitoisuudet ovat korkeita selittyy turvemailla, mutta myös kivennäismaiden hiilipitoisuus meillä korkeampi kuin Euroopassa keskimäärin Suuri hiilipitoisuus voi myös muodostaa riskin isoille päästöille Maatalousmaan hiilivarasto 20-40 % pienempi kuin luonnontilaisten maiden Kivennäismaiden pelloissa havaittu laskeva trendi 4 JärkiPelto
Hiiltä voi lisätä peltoon Periaatteessa mitä enemmän lisätään orgaanista ainesta maahan, sitä enemmän sen hiiltä voi maahan sitoutua Yhteys ei kuitenkaan ole näin yksinkertainen: Uuden aineksen lisääminen voi kiihdyttää vanhan hiilen hajotusta (priming effect) Hiilivaraston kasvaessa sitoutumispotentiaali heikkenee Pelkät kasvintähteet eivät ylläpidä maan hiilivarastoa Ultunan vuonna 1956 aloitettu pitkäaikaiskoe (Kätterer ym. 2011): Vuotuinen hiilivarastomuutos vuotuisen hiilisyötteen funktiona. Kokeen 15 eri käsittelyä on jaettu kuuteen ryhmään: vain kasvintähteet, sahajauho, turve, viherlannoitus (GM), jätevesiliete (SS) ja kuivikelanta (FYM). Thomas Kätterer, Martin Anders Bolinder, Olof Andrén, Holger Kirchmann, Lorenzo Menichetti. Roots contribute more to refractory soil organic matter than above-ground crop residues, as revealed by a long-term field experiment. Agriculture, Ecosystems & Environment141, 2011, 184 192 5 JärkiPelto
Esimerkki pitkäaikaisesta kenttäkokeesta: Puhdistamolietepohjaiset materiaalit, Ruotsi, 4 koepaikkaa Aloitettu 1956, 2 x 1981 ja 1997 Lisäysmääriä Hiiltä 4 tn /ha joka toinen vuosi Kuiva-ainetta 4-12 tn/ha joka neljäs vuosi Kuiva-ainetta 8 tn joka toinen vuosi Kevätviljoja, kyntö Savesta 14-42% 6 JärkiPelto
Hiilen lisäys, esimerkkinä 2-vuoden komposti ka. = 20%, hiilipitoisuus 66 kg/tuoretonni Maanparannusaineissa lisättävän hiilen määrää rajoittavat usein ravinteet. Levitysperuste tn/ha vettä kg/ha sateena mm kg ka/ha P 10 kg/ha 19,4 15500 1,5 3871 P 50 kg/ha 96,8 77500 7,7 19355 Levitysperuste Kok-N kg/ha Liuk-N kg/ha Kok-K kg/ha C kg/ha P 10 kg/ha 55 11 80 1270 P 50 kg/ha 273 55 402 6349 Mitä 6400 kg/ha hiiltä merkitsee? Jos multava kivennäismaa, jossa 5% orgaanista ainesta, niin hiiltä on 2,6%, ja 20 cm kerroksessa hiiltä 63100 kg/ha. 7 JärkiPelto
Maanparannusaineet ja kasvibiomassa Sisältävät orgaanista ainesta / hiiltä Kasvintähteet ja -juuret Kotieläinten lanta (sellaisenaan) Mädätysjäännökset (biojäte, puhdistamoliete, sivuvirrat) Sellaisenaan, kuivajae, nestejae Kompostit (biojäte, puhdistamoliete, sivuvirrat) Biohiilet Sivutuotteita Perunan soluneste Metsäteollisuuden lietteet yms. 8 JärkiPelto
Orgaanisen materiaalin hajoaminen osa hiilestä poistuu hiilidioksidina, osa siirtyy humukseen ja osa jatkaa kierrossa Jansson: CoupModel-ohjekirje 9 JärkiPelto
Hiilen pysyvyys maassa, kompostin kypsyys Hengitysnopeuden vaikutus; alussa 19 tai 2 g CO2-C / kg ka /vrk 10 JärkiPelto
Muhituskokeet (N ja C) Sekoitetaan 1-3 g tutkittavaa materiaalia 50 g maata Säilytys 15 C vakiolämpötilassa Mitataan suljetussa astiassa vapautuva hiilidioksidi sitomalla se natriumhydroksidiin Maanäytteitä kierrätetään mittauksissa Mittausajat 0,1, 3, 6, 10, 14, 21, 31, 41, 55, 80, 104, 132, 167, 216 vrk Vähennetään pelkän maanäytteen hiilidioksidituotto materiaalin + maan tuotosta Liukoisen typen mittaukseen otetaan näytteitä 0, 4, 11, 22, 42, 81, 168 ja 217 vrk Määritetään ammonium- ja nitraattityppi 2M KCl-uutosta Vähennetään pelkän maanäytteen epäorgaanisen typen määrä materiaalin + maan tuotosta 11 JärkiPelto
Lisätyn orgaanisen aineksen hajoaminen Lisätyn hiilen vapautuminen hiilidioksidina 60 50 Raiheinä Sian lietelanta CO2-C % lisätystä 40 30 20 Naudan lietelanta Biojätekomposti Mädätetty puhdistamoliete Madätetty sian liete Kuivattu puhdistamoliete Kompostoitu liete 1 Kompostoitu liete 2 10 0 6.6.2009 26.6.2009 16.7.2009 5.8.2009 25.8.2009 14.9.2009 4.10.200924.10.200913.11.20093.12.2009 12 JärkiPelto
KHK-inventaariomenetelmä maaperän hiilitaseen seurannassa Agricultural statistics Lasketaan ELY-keskuksittain satotiedoista ja viljelyaloista kasvintähteiden hiilisyöte + eläintilastoista lannan hiilisyöte Laskentaan pyritään lisäämään muutkin maanparannusaineet / orgaaniset lannoitevalmisteet Simuloidaan näiden eloperäisten materiaalien hajoamista maassa Yasso-mallilla saadaan maaperän hiilivaraston muutos, joka raportoidaan CO 2 - päästönä/nieluna Animal numbers Manure management Calculation of manure production and conversion to carbon input to soils Weather data Hankkeen tulosten perusteella saadaan lisättyä maanparannusaineet Yasso07 (Tuomi et al. 2008) SOC dynamics and CO 2 emissions Cultivation areas Yields Conversion of yields to annual carbon input to soils (Bolinder et al. 2007 with national conversion factors) Model initialisation 13 JärkiPelto
MAHTAVA-hankkeessa Määritetään kemiallinen laatu isosta joukosta maanparannusaineita ja vastaavia materiaaleja Happoliukoinen, vesiliukoinen, etanoliliukoinen ja liukenematon osite Mitataan hiilidioksidin tuottoa maahan sekoitetuista materiaaleista laboratoriossa Mitataan materiaalien hajoamista maassa karikepusseissa Etsitään tilastollista yhteyttä kemiallisen laadun ja hajoamisen välillä Tarkastellaan, kuvaavatko Yasso mallin funktiot myös maanparannusaineiden hajoamista Mallinnetaan maanparannuksen hiilivarastovaikutuksia alueellisesti Suomessa 14 JärkiPelto
Analysoitavat materiaalit Tyyppi Komposti Metsäteollisuuden sivutuotteet Alus- ja kerääjäkasvit Lannat Jätevesiliete-pohjaiset lannoitevalmisteet Mädätetty kasvimassa Biohiili Materiaali 1 Järviruokokomposti 2 Kasvintähdekomposti 3 Nollakuitu 4 Kalkkistabiloitu liete 5 Liete 6 Raiheinä + juuret 7 Puna-apila + juuret 8 Lietelanta, sika (raaka) 9 Lietelanta, sika (mädätetty ja separoitu) 10 Lietelanta, nauta (raaka) 11 Lietelanta, nauta (mädätetty) 12 Lietelanta, nauta (separoitu) kuivajae 13 Kuivalanta, siipikarja (kompostoitu) 14 Kuivalanta, hevonen (palanut) 15 Kuivalanta, hevonen 16 Puhdistamoliete 17 Mädätetty liete, kuivajae (sianliete 25%+teollisuuden massat) 18 Kompostoitu jätevesiliete + turve (1:1) 19 Nurmi 20 Nurmi + biojäte 21 HTC (Paju) 22 Hidas pyrolyysi (Mänty, kuori) 23 Torrefikaatio (Kuusi) 15 JärkiPelto
Kemiallinen koostumus vs. mallinnettu hajoaminen Mitä enemmän liukenematonta hiiltä, sitä enemmän hiiltä jää maahan 16 JärkiPelto
Karikepussit vs. Yasso07-malli 17 JärkiPelto
Karikepussit R BAG =hajoamiskerroin karikepussissa 18 JärkiPelto
Alustavia tuloksia Orgaanisen aineksen hajoaminen riippuu pääasiassa sen alkuperäisestä kemiallisesta laadusta Orgaanisten massojen prosessointi lisää niiden pysyvyyttä maaperässä Kasvien juuret hajoavat hitaammin kuin maanpäällinen biomassa Yasso07-malli yliarvioi orgaanisen aineksen stabiilin osuuden 19 JärkiPelto
Kiitos! 20 JärkiPelto