Maatalousmaan hiilivarannot Suomessa Kristiina Regina Luonnonvarakeskus FootPrintBeef hankkeen seminaari 21.4.2016
Maaperän hiili Tärkeää sekä viljavuuden että ilmastonäkökohtien kannalta Pohjois-Euroopassa hiilipitoisuudet ovat korkeita selittyy turvemailla mutta myös kivennäismaiden hiilipitoisuus on meillä korkeampi kuin Euroopassa keskimäärin Suuri hiilipitoisuus voi myös muodostaa riskin isoille päästöille 2 NJF Seminar 483 21.4.2016
Havaitut trendit EEA: http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/indicators/soil-organic-carbon- 1/assessment EU-27 alueen hiilivarasto on 75 mrd tonnia; 50% siitä on Irlannissa, Suomessa, Ruotsissa ja Britanniassa. Euroopan maaperä keskimäärin sitoo hiiltä. Ruohikkoalueet ja metsät sitovat hiiltä (80 Mt/vuosi), mutta maatalousmaat ovat hiilen lähde (10 40 Mt/vuosi). Kaksi esimerkkiä maatalousmaista: Suomessa havaittiin hiilivaraston pieneneminen, mutta Ruotsissa kehitys on kääntynyt nousevaksi ehkä hevosten määrän kolminkertaistumisen vuoksi = 3 21.4.2016
Metsä vs. pelto Keskimääräistä peltoa ja metsää ei kannata verrata, koska pelloiksi on raivattu vain rehevimmät metsät Kun verrataan samalla maalajilla olevia metsiä ja peltoja, ero on noin 20 % Raivauksen jälkeen keskimääräinen muutos -19% 20 vuodessa Keskimääräinen vuosimuutos - 1,2 tonnia C Hiilivarasto pieneni vähiten pelloilla, joissa pääasiallinen kasvi oli nurmi Karhu et al. 2011 Mg C ha -1 Mg C ha -1 Mg C ha -1 180 Sites 7-9 160 140 120 100 80 60 40 20 0 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Site 11 Site 13 forest * forest 200 yrs 28 yrs * Mg C ha -1 Mg C ha -1 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Site 10 forest field 20 0 forest field 13 yr forest field 10 yr 0 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Site 12 0 field 24 yr forest field 8 yr 180 160 Site 14 * 1 yr 30-40 cm 20-30 cm 10-20 cm 0-10 cm Forest floor Mg C ha -1 140 120 100 80 60 40 18 yr
Kivennäismaan pellot 1987-2009 Muutos -0,4 %/vuosi 21.4.201 6 5 MTT Agrifood Research Finland
Ehdotetut menetelmät maaperän hiilen lisäämiseksi ja rajoitteet Kevennetty muokkaus ja suorakylvö (0.2-4.9 t/ha/yr; Stockmann et al. 2013) Maan murut hajoavat talvella Maan kosteus edistää hajotustoimintaa Avokesannoinnin välttäminen (0.2-0.3 t/ha/yr; Stockmann et al. 2013) Avokesannointi ei ole yleistä Euroopassa Nurmet viljelykierrossa (0.2-0.9 t/ha/yr; Stockmann et al. 2013) There are positive examples of this but at least in Finland the frequent renewal of leys due to poor survival in winter restricts the potential compared to warmer regions Kasvintähteen palautus (-3.7-38%; Powlson et al. 2011; vain 6/23 kokeessa tilastollinen merkitys) Kasvintähteen poisto ei yleensä ole kovin täydellinen;esim. lierot kuljettavat tähdettä nopeasti maahan Juuriston vaikutus hiilivarastoon on suurempi kuin maanpäällisen tähteen Tähteen sekoitus maahan nopeuttaa hajotusta -> voi käynnistää myös jo varastoidun hiilen hajotuksen Maanparannus (IPCC: 0-38% 20 vuodessa) Hiilen varastoitumispotentiaali riippuu materiaalin määrästä ja laadusta 6 21.4.2016
Orgaanisen aineksen stabilisoituminen 1) Kemiallinen stabilisoituminen Sitoutuminen mineraaleihin (savi, hiesu) 2) Fysikaalinen stabilisoituminen Varastoituminen aggregaatteihin 3) Biokemiallinen stabilisoituminen Hitaasti hajoava aines (esim. ligniini) ja reaktiot, jotka muuttavat hajoamistuotteita vaikeasti hajotettavaan muotoon Hiilipitoisuus Saturaatiotaso Hajotukselle altis hiili Biokemiallinen sitoutuminen Sitoutuminen mikroaggregaatteihin Lähde: Six et al. 2002 Hiilisyöte Sitoutuminen savekseen ja hiesuun
Suorakylvössä hiiltä kertyy pintaan, mutta syvemmällä se vähenee Vähemmän hiiltä Lisää hiiltä 8 21.4.2016 Powlson et al. 2014
Viljelykierron vaikutus nurmista on hyötyä 21.4.201 6 9 MTT Agrifood Research Finland Keskiarvo 1998
Viljelykierto esimerkki Ruotsista Tilalta karja pois v. 1956 -> ei nurmea viljelykierrossa eikä lantaa kolmella pellolla neljästä oli hiilivarasto laskenut Kätterer et al. 2004
Mistä nurmea, jos naudat vähenevät energiakasvit? Jos käytetään yksivuotisia kasveja energian tuotantoon, päästösäästöt jäävät vähäisiksi, tai päästöt jopa kasvavat Esim. Crutzen et al. 2007: N 2 O release from agro-biofuel production negates global warming reduction by replacing fossil fuels Suomessa: sadot suht. pieniä, viljan kuivaus vaatii energiaa, maan happamuuden takia tarvitaan kalkitus Monet energiakasvit ovat kuitenkin monivuotisia kasveja, joilla on potentiaalia kasvattaa maan hiilivarastoa (ruokohelpi, paju ) Miscanthus lisäsi hiilivarastoa Dondini et al. 2009
Nurmen rooli hiilensidonnassa Miksi nurmilla suotuisa hiilivarastovaikutus, vaikka hiilisyöte ei paljon eroa muista kasveista? Onko syynä maanalaisen hiilisyötteen suurempi osuus? Juurten vaikutus suuri, koska: Juurten tähteet sijaitsevat maassa eikä sen päällä Kasvipeitteinen kausi pidempi Juurten kemiallinen laatu saa sen kestämään hajotusta paremmin 12 21.4.2016 Rasse, DP; Rumpel, C; Dignac, MF 2005 Is soil carbon mostly root carbon? Mechanisms for a specific stabilisation PLANT AND SOIL 269: 341-356 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 & Environment 141, 2011, 184 192
Oljen käsittely Oljen poisto on vähentänyt maan hiilivarastoa yllättävän vähän tutkimuksissa Powlson et al. (2011) analysoivat 23 tutkimusta ja niissä tilastollisesti merkitsevä ero oljen poisto vs. jättö havaittiin vain 6 kokeessa Miksi näin? Poisto ei yleensä ole täydellinen, vaan esim. lierot ehtivät kuljettaa olkea maahan yllättävän nopeasti Juurten rooli on merkittävämpi kuin maanpäällisen tähteen Results of straw retention vs. removal (Powlson et al. 2011) Number of sites Range (% change) Significant increase 6 1.8-7.8 Non-significant increase 15 1.6-37.5 Decrease 2-0.9--3.7 13 21.4.2016
Orgaaniset lisät Periaatteessa mitä enemmän lisätään ainesta maahan, sitä enemmän voi sitoutua yhteys ei kuitenkaan ole niin yksinkertainen: Materiaalin kemiallinen laatu, mahdollinen priming effect ja saturaatio heikentävät potentiaalia Maan mittakaavassa vain tilojen ulkopuolelta tuleva aines tuo uutta hiiltä systeemiin Ultunan vuonna 1956 aloitettu pitkäaikaiskoe (Kätterer ym. 2011): Vuotuinen hiilivarastomuutos vuotuisen hiilisyötteen (a) tai kemiallisen laadun mukaan muunnetun hiilisyötteen (b) funktiona. Kokeen 15 eri käsittelyä on jaettu kuuteen ryhmään: vain kasvintähteet, sahajauho, turve, viherlannoitus (GM), jätevesiliete (SS) ja kuivalanta (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
Lanta Lanta kasvattaa maan hiilivarastoa Maan mittakaavassa vain tilojen ulkopuolelta tuleva aines tuo uutta hiiltä systeemiin lanta päätyy pellolle joka tapauksessa Paljon lantaa Ei lantaa Bolinder et al. 2010
Hiilen sidonta kivennäismaissa vs. turpeen hajotus Jos viljelyssä on turvemaita, kivennäismaiden hiilivarastojen kasvattaminen on pipertelyä Suomessa turvemaat ovat suurin kasvihuonekaasujen lähde Source: Statistics Finland 2014 16 21.4.2016
t CO2-ekv./ha Viljelyn vaikutukset turpeessa Viljelytoimet Ojitus Lannoitus Kalkitus Muokkaus Mikrobitoiminta kiihtyy Turpeen hajotus Turpeen ominaisuudet muuttuvat Ympäristövaikutukset Vesistöpäästöt Kaasupäästöt Viljely voimistaa turpeen hajotusta (eloperäisen aineksen mineralisaatiota) nitraatin huuhtoutuminen 3-kertaista 40 kivennäismaihin verrattuna 35 30 fosforia huuhtoutuu yhtä paljon kuin 25 kivennäismaista mutta enemmän 20 15 liukoisessa muodossa 10 5 suuret kaasumaiset päästöt 0 Pellonraivauksen kasvihuonekaasupäästöt Turve, monivuotinen kasvi Turve, yksivuotinen kasvi Kivennäismaa N2O CO2 17
Johtopäätökset Olennaista juuri nyt hiilivarastojen kannalta: Hidastetaan turpeen hajoamista pelloissa Parannetaan heikkokuntoisimpien kivennäismaiden laatua Viedään lantaa kasvinviljelytiloille Etsitään turvallisia maanparannusaineita tilojen ulkopuolelta Nurmen roolia hiilivarastojen kasvattamisessa voidaan korostaa kehittämällä mallinnusta esimerkiksi niin, että juurten kemiallinen koostumus selvitetään ja käytetään sitä lähtötietona työ käynnissä 18 21.4.2016
Thank you!