Suometsien ravinnetalous ja tuhkalannoitus Jyrki Hytönen Mikko Moilanen Suometsäseminaari, Lapua, Vanha Paukku 12.11.213 Sisältö Suometsien ravinnetalous Ravinnepuutokset Tuhkan ravinnesisältö Tuhka lainsäädännössä Minne tuhkaa? Tuhkalannoituksen vaikutukset Maaperä Kasvilajisto Puiden ravinnetila ja kasvu Raskasmetallit marjoissa ja sienissä Huuhtoutuminen vesistöihin Kasvihuonekaasut Talous Yhtenveto
Turpeen pintakerroksen (-2 cm) ja puuston sisältämät ravinnemäärät hakkuupoistuma mukaanluettuna (Moilanen, Piiroinen & Karjalainen 1996) 2 Typpi 1 Fosfori 1 Kalium kg ha -1-2 -4-6 Ruoho Suursara Piensara Turve Puut kg ha -1-1 -2-3 Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 5-5 Ruoho Piensara Suursara -8-4 -1 kg ha -1 2-2 -4-6 -8-1 Kalsium Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 5-5 -1-15 Magnesium Ruoho Piensara Suursara kg ha -1,4,3,2,1, -,1 -,2 -,3 Boori Ruoho Piensara Suursara -12-2 -,4 Turpeen maatuneisuus- von Post, H1 H1 Turpeen maatuneisuus kertoo sen typpipitoisuudesta Hyvä typpipitoisuus > 1,8-2 % (>H4) von Postin asteikko (1-1) nesteen väri ja sameus, sormien lomitse puristuvan massan määrä, puristejäännöksen kimmoisuus ja kasvinjäännösten tunnistettavuus Esim: H1 Täysin maatumaton. Sormien välistä väritöntä, kirkasta vettä. Kasvinosat täysin tunnettavissa, sitkeitä ja kimmoisia. H5 Jonkin verran maatunut. Kasvirakenne on pääosiltaan tunnettavissa. Puristettaessa turve hajoaa osittain puuromaiseksi massaksi. Puristeneste on hyvin sameata, siinä on selvästi havaittavissa amorfista massaa. Puristejäte jää sormien avaamisen jälkeen entiselleen, ei kimmoa takaisin. H9 Melkein maatunut. Tuskin mitään kasvirakennetta voi erottaa. Puristettaessa melkein koko turvemäärä menee puurona sormien välistä.
von Post Rahkaturpeita, H2-H3 Raakahumus H4, N % usein 2 % H7-8, rahkasaraturve H2 Kuvat Jorma Issakainen Fosforin puutos Värioireet harvinaisia ja vaikeita tulkita. Pituuskasvu vähäistä, kasvaimet ohuita ja heikon puutumisen vuoksi mutkaisia Neulaset lyhyitä. neulasvuosikertojen määrä vähentynyt Ääritapauksissa kärkisilmujen kuolemista ja latvakatoa.
Kaliumin puutos Vain turvemailla Helposti tunnistettava värin perusteella Edellisen vuoden neulaset kellertäviä Selvimmin nähtävissä elosyyskuussa, jolloin vuoden vanhat neulaset ovat kauttaaltaan puhtaan keltaisia. Syys-lokakuussa myös uusiin neulasiin ja värierot tasaantuvat Puun talvehtiessa neulaset kokonaan lievästi kellastuneena (muistuttaa typen puutosoiretta) Kaliumin puutos kasvupisteiden tuhoutumista ja päärangan vaihdoksia verrattain äkillisiä puukuolemia helposti tunnistettava viherkato (kloroosi), tulee kesällä näkyviin vuoden ikäisten neulasten kärkiosissa. Syksyllä kärjet ruskettuvat mutta keltaisuus jää ruskean ja vihreän osan väliin
Kuva: Jorma Issakainen Boorin puutos kasvien kylmänkestävyys heikkenee kärkikasvupisteitä kuolee puut pensastuvat Kalkitus lisää riskiä > pellonmetsitys
Neulasanalyysi Näytteenotto Ajankohta Havupuut: loka-marraskuu maaliskuu Koivu elokuun alkupuoliskolla Otetaan 5-1 puusta, vallitsevasta latvuskerroksesta Latvuksen eteläpuolelta Ylimmästä oksakiehkurasta 1-2 oksaa Viimeinen vuosikasvu Vältetään ojanvarsipuita Näyte pussiin (paperipussi), Täytetään taustatietolomake Tulkinta Vertailuarvot Ravinnepuutokset suometsissä 971 neulasnäytettä koko Suomi Moilanen ym. 21 13 neulasnäytettä Kala- ja Pyhäjokilaakso Hytönen & Kokko 26 Typpi Fosfori Kalium
Tuhkien ja jäteaineiden ravinnepitoisuuksia ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- N P K Ca Mg B Cd kg/t kg/t kg/t kg/t g/t g/t g/t ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Puun tuhka - 15 5 189 35 26 1-3 Kuorituhka - 4 12 126 37 226 1-3 Turvetuhka - 17 3 62 1 15 1-2 Hiilituhka - 1 2 59 29 44 1-4 Dolom. kalkki - 3 169 96 7 <1 Biotiitti - 9 34 73 6 1 <1 Bioliete 28 3 1 3 1 5 <1 Puhd.liete 25 25 3 2 1? <3 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (Silfverberg 1993, 1996) Tuhkamäärät, lainsäädäntö Tuhkaa syntyy vuodessa Puutuhkaa yli 15 tonnia Turvetuhkaa noin 35 tonnia Tuhkalannoitusala kasvanut (v. 2 noin 1 7 ha nyt yli 1 ha/v) Mahdollinen lannoitusala Puutuhkalla 3 4 ha/v Puu- turvesekatuhkilla lisäksi 5 6 ha/v Lainsäädäntö: rajoituksia raskasmetallien pitoisuuksille (esim. kadmium)
Tuhkalannoituksen vaikutuksia Maan kemiallisiin ominaisuuksiin Maan organismeihin ja hajotustoimintaan Kasvilajistoon Raskasmetalleihin Vaikutukset puustoon terveydentila ravinnetila kasvu Valumavesien laatuun Kasvihuonekaasujen taseet Tuhka maaperässä Happamuus vähenee 1 3 ph-yksikköä Alkuainemäärät kasvavat Mikrobiaktiivisuus kasvaa, hajotustoiminta vilkastuu Muutoksia typen ja hiilen kierrossa Vaikutus näkyy sekä kankailla että ojitusaluemetsissä
Muutoksia pintakasvillisuudessa Välitön vaikutus (1 3 v) ph- ja suolashokki: sammalet ja jäkälät kärsivät (etenkin irtotuhka) Pitkä aikaväli (5 vuotta ) kasvilajisto muuttuu etenkin runsastyppisillä soilla; ruoho- ja heinälajisto monipuolistuu muutokset pitkäaikaisia Puuston ravinnetilan muutokset Yhden kasvukauden jälkeen: Neulasten väri ja koko, Neulasten boori- ja kaliumpitoisuudet Muutamassa vuodessa Neulasten fosforipitoisuudet Ravinnepuutokset häviävät, kasvuhäiröt korjaantuvat (myös kangasmailla) Muutokset näkyvät kymmeniä vuosia
Tuhkan vaikutus puuston terveydentilaan -kasvuhäiriöistä ja kaliuminpuutoksesta kärsivä pellonmetsitys Vaalassa (Ferm ym. 1992) Tuhkalannoitettu Vertailu Puuston kasvumuutokset PUUTUHKA Kangasmaat: ei puustoreaktiota tai reaktio vähäinen (typpi minimitekijä) Niukkatyppiset turvemaat: vaikutus alkuvuosina hidas, myöhemmin (5 1 v) voimistuu Runsastyppiset suot: vaikutus nopea ja voimakas (kasvu lisääntyy jo toisena vuonna). Kasvunlisäys huomattavan suuri. TURVETUHKA Sopii P-puutosalueille, mutta vaikutusta heikentää kaliumin vähäisyys
Tuhkalannoituskoe Kannus, Jouhteneenjärvi Käsittelyt 1. Ei lannoitusta 2. Irtotuhka 5 t/ha 3. Raetuhka 5 t/ha 4 Metsän PK 5 kg/ha Irtotuhka Tuhkan levitys talvi 23, PK-lannoitus kevät 23 Tuhkalannoituskoe Kannus, Jouhteneenjärvi Raetuhka 7 Kasvu -5 ja 5-1 v lannoituksesta m 3 /ha/v m 3 /ha/v 6 5 4 3 Kasvu -5 v Kasvu 5-1 v Kasvunlisäys kymmenessä vuodessa, m 3 /ha Irtotuhka 24,8 Raetuhka 15,1 PK-lannos 19,4 2 1 O Irtotuhka Raetuhka PK Lannoitus
Tuhkalannoituksen vaikutus männyn tilavuuskasvuun Lannoittamaton puusto kärsii neulasanalyysin mukaan fosforin ja kaliumin puutoksesta. Suometsien PKlannoksessa ja puutuhkassa annettu sama määrä fosforia. m 3 ha -1 v -1 4 3 2 1 Vertailu PK Tuhka 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1111213141516171819 Vuotta lannoituksesta M. Moilanen 14 12 m 3 /ha/v Pelso 2/1997, tuhkalevitys alkukesä 1997 Puutuhka 5 t/ha 1 8 6 Puutuhka 15 t/ha Kontrolli 4 2 1994 1995 1997 1999 21 23 25 27 29
Muhos, Leppiniemi Suomen tunnetuin puutuhkakoe Lannoitus koivupuun tuhkalla vuonna 1947 Puuston kokonaistuotos (m3/ha) vuonna 27 eli 6 vuoden jälkeen Vertailu () 5 Tuhkaa 8 t/ha 45 eli 9-kertainen Vertailu Tuhkaa 16 t/ha Tuhkaa 16 t/ha 6 eli 12-kertainen Investoinnin sisäinen korko: 2 vuodessa yli 1% 4 6 vuodessa 6 9 % Tuhka ja metsämarjat Ravinnepitoisuudet (P, K, Ca, B) kohoavat useiden vuosien ajaksi Cr-, Ti-, As-pitoisuudet nousevat lyhyeksi aikaa (kosketusvaikutus, etenkin irtotuhka) Cd-pitoisuus pysyy ennallaan tai alenee. Syy: tuhkan kalkitusvaikutus hidastaa metallien liukoisuutta Tuhkalannoituksen vaikutus hillan Cd pitoisuuksiin,5,4 mg/kg,3,2 Vertailu Tu 5,1 2 kk 1 v 14-2 v
Tuhka ja sienet Sienten ravinnepitoisuudet kohoavat, myös Al, As, Cr ja Fe-arvot ohimenevästi levityksen jälkeen Pitemmällä aikavälillä raskasmetallipitoisuuksissa ei selvää vaikutusta Ei havaintoja luonnonvaihtelusta poikkeavista pitoisuuksista Tuhka ja vesistöt Kalium, boori, rikki ja natrium liukenevat tuhkasta nopeasti - ja myös huuhtoutuvat. Jatkuu ainakin 1-11 v 1 vuodessa kaliumista huuhtoutunut 2-28 % Rakeistus hidastaa liukenemista Fosfori ja typpi ei huuhtoutumista turvemaiden ojitusalueilta Fosfori sitoutuu maaperän ja tuhkan Fe- ja Alyhdisteiden kanssa Raskasmetallit liukenevat hitaimmin Tuhkarakeiden joutumista ojiin on vältettävä Piirainen, S., Domisch, T., Moilanen, M. & Nieminen, M. 213. Long-term effects of ash fertilization on runoff water quality from drained peatland forests. Forest Ecology and Management 287: 53-66
Tuhkalannoituksen vaikutus KHKtaseisiin - CO 2 Vuotuinen turpeen maahengitys (C) ja hiilen (C) kertyminen puustoon vuonna 29, 13 vuotta tuhkan levityksestä. Puustomassaan laskettu sekä maanpäällinen, että maanalainen biomassa, neulaset ja > 1 cm paksuiset juuret. 5 4 Peat Tree stand CO 2 -C, g m -2 3 2 1 Moilanen, M., Hytönen, J. & Leppälä, M. 212 Control Ash 5 Ash 15 Ash application rate, t ha -1 Tuhkalannoituksen vaikutus KHKtaseisiin N 2 O ja CH 4 Laboratoriokokeessa tuhkalannoitus pienensi N 2 O:n tuottoa. Maanäytteet Kannuksen Silmäjärveltä suometsästä -1 cm syvyydestä 2 v tuhkalannoituksen jälkeen. ng N 2 O g dw -1 h -1 12 1 8 6 alussa 2 viikon päästä kuukauden päästä Maastokokeessa tuhka ei vaikuttanut N 2 O tai CH 4 päästöihin 4 2 Kontrolli Raetuhka N 2 298 kertaa voimakkaampi KHK-kaasu kuin C 2
Päätelmät Puutuhkan vaikutukset suoekosysteemissä tunnetaan varsin hyvin Hyvälaatuinen tuhka on arvokas raaka-aine, jonka palauttaminen suometsiin on hyödyllistä Tuhka vaikuttaa pitkäaikaisesti puuston kasvuun, kasvilajiston runsauteen, maan ja valumavesien ph:n Tuhkalla ei ole todettu haitallisia sivu- tai ympäristövaikutuksia: fosforia ei huuhtoudu vesistöihin marjojen tai sienten raskasmetallipitoisuudet eivät kohoa. Levitysvuonna keruuta on vältettävä. Tuhkalannoitus on runsastyppisillä turvemailla myös taloudellisesti perusteltavissa