Peltomaan hiilensidonnan esteet

Artikkelin otsikko: Agricultural limitations to soil carbon sequestration: Plant growth, microbial activity, and carbon stabilization

Tekijät: Mattila Tuomas & Vihanto Noora

Julkaisu: Agriculture, Ecosystems & Environment

Vuosi: 2024

Potentiaalinen ja todellinen sadon määrä ovat usein kaukana toisistaan: kuinka paljon kasvit voisivat teoriassa tuottaa, jos ne pystyisivät hyödyntämään kaiken sadeveden ja auringonvalon – ja kuinka paljon satoa lopulta saadaan. Tämän erotuksen syyt vaihtelevat alueittain, mutta kattokäsitteenä voidaan käyttää maan kasvukuntoa. Maan kasvukunnon määrittämiseksi on kehitetty useita lähestymistapoja, jotka sisältävät kemiallisia (mm. ravinteet), fysikaalisia (mm. maan rakenne) ja biologisia (mm. maaperäeliöt) tekijöitä.

Maaperän hiilensidonta

Maaperän hiilensidontaa rajoittavat lukuisat tekijät. Tutkituimpia ovat typen niukkuus ja maan mineraalipintojen täyttyminen eli saturoituminen. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin useita hiilensidontaa rajoittavia tekijöitä todellisilla maatiloilla, jotka pyrkivät lisäämään hiilensidontaa ja ovat mukana Carbon Action -pilotissa.

Hiilen kerryttäminen maaperään on jaettu tässä tarkastelussa kolmeen vaiheeseen: 1) yhteyttämisen lisääntyminen, 2) mikrobien kasvu ja 3) hiilen karkaamisen väheneminen (ks. kuva). Vaiheiden järjestys ei ole tärkeä, vaikka ne on tässä numeroitu, vaan ne kytkeytyvät toisiinsa. Rajoittavat tekijät jaoteltiin vastaavasti näihin kolmeen vaiheeseen:

1. Yhteyttämistä rajoittavat kasvien kasvulle välttämättömät perustekijät: auringon valo, vesi ja ravinteet.
2. Mikrobien kasvua rajoittavat
   • maaperän huonot olosuhteet, kuten tiivistymät, kuivuus ja kaasujenvaihdon heikkous, sekä
   • mikrobien hiilenkäyttöä rajoittavat tekijät: lämpötila, kosteus ja kasvualustan laatu.
3. Eloperäisen aineksen ja siten hiilen pysyvien muotojen syntyä rajoittavat typen ja rikin saatavuus. Sekä liian matala että liian korkea hiili-typpi-suhde rajoittavat pysyvyyttä. Liika märkyys voi vaikuttaa kertyneen hiilen pysyvyyteen.

Mikrobien hiilenkäytön tehokkuus määrittää, kuinka paljon mikrobibiomassaa syntyy kasveista maaperään päätyvästä hiilestä, sekä säätelee pysyvien hiilen muotojen muodostumista. Ravinteita sopivasti sisältävät eloperäiset jäänteet (etenkin sopivan hiili-typpi-suhteen omaavat), tasaiset kosteusolosuhteet ja mahdollisimman vähäinen häirintä lisäävät mikrobien hiilenkäytön tehokkuutta. Juurista peräisin olevat eritteet ja eloperäinen aines tehostavat mikrobien hiilenkäyttöä enemmän kuin kasvien maanpäälliset osat.

Hiilensidontaa rajoittavat tekijät – tulosten yhteenveto

• Tutkituilla pelloilla oli useita hiilensidontaa rajoittavia tekijöitä kaikissa hiilensidonnan kolmessa vaiheessa.
• Aiemmin paljon huomiota saaneet tekijät, kuten typen ja fosforin puute ja hiilen saturaatio, eivät olleet kovin yleisiä.
• Useat aiemmin vähemmälle huomiolle jääneet tekijät, kuten maan huono rakenne, vettyminen ja vähäinen mikrobiaktiivisuus, olivat yleisiä.
• Tärkein yhteyttämistä ja siten kasvien kasvua rajoittava tekijä oli yhteyttävän lehtipinta-alan eli vihreän kasvuston vähyys keväällä ja syksyllä sekä keskikesällä.
• Rikin, mangaanin ja boorin puutokset olivat yleisiä.

Yhteyttämistä rajoittavat tekijät tutkituilla pelloilla

• Yhteyttämistä rajoitti lehtipinta-alan vähyys kasvukauden eri vaiheissa.
  • Kevätviljat yhteyttivät tehokkaasti kasvukautta lyhyemmän ajan. Yhteytys oli tehokasta vain kesä- ja heinäkuun, vaikka kasvulle sopivaa aikaa kesti 5 kuukautta.
  • Nurmet puolestaan yhteyttivät toukokuulta lokakuulle asti, mutta joidenkin nurmien yhteytys oli heikkoa kaikkein aurinkoisimpina keskikesän kuukausina.
  • Tulosten perusteella kasvien tuottavuutta voitaisiin lisätä paitsi kasvipeitteisen ajan kestoa pidentämällä, myös kasvuolosuhteiden parantamisella, jotta kasvukauden parhaat kuukaudet saadaan kunnolla hyödynnettyä.
• Useilla tutkituilla pelloista oli ravinnepuutoksia.
  • Viidesosassa tutkituista pelloista kationinvaihtokapasiteetti oli matala, joten nämä pellot hyötyisivät orgaanisen aineksen lisäämisestä.
  • Useimmilla pelloista kalkituksesta ei olisi apua kasvukuntoon, vaan ongelmat olivat toisenlaisia.
  • Joillain pelloilla todettiin myös liikaa tiettyjä ravinteita. Noin joka kuudennella pellolla oli liikaa fosforia.

Mikrobien toimintaa rajoittavat tekijät

• Mikrobien elinoloja heikensivät maan huono rakenne ja kuivuusjaksot.
• Maaperän lämpötila ja kosteus vaihtelivat huomattavasti kasvukauden aikana.
• Tiivistymät olivat tutkituissa pelloissa yleisiä.
  • Tutkimuksen perusteella lähes puolet tutkituista pelloista oli jossain määrin tiivistyneitä. Kolmessa neljäsosassa tutkituista maaprofiileista (200 näytettä) oli tiivistymiä pintamaassa.
  • Vain kaksi tutkituista 40 peltolohkosta oli erinomaisessa kunnossa.
  • Tiivistynyt kerros oli tyypillisesti heti kyntökerroksen alla noin 16 cm syvyydestä alkaen, mutta syvyys vaihteli huomattavasti – puolessa pelloista se oli 6–21 cm välillä.
  • Tiivistynyt kerros rajoitti juurten kasvua. Koska juurten hiilen on todettu päätyvän pysyvään muotoon maaperässä todennäköisemmin kuin kasvin maanpäällisten osien hiilen, voi lähellä pintaa sijaitseva tiivistymiskerros haitata maaperän hiilensidontaa merkittävästi.
  • Tiivistymiskerros rajoitti myös vedenläpäisyä, mikä aiheutti pintamaan ajoittaista kuivumista sekä runsasta vaihtelua kuivuuden ja vettymisen välillä.
• Tutkituista pelloista 60 %:lla oli ongelmia kuivatuksessa.
• Maan huono rakenne ja vesiolosuhteet näkyivät myös matojen vähäisenä määränä tutkituissa peltomaissa.
• Myös ravinteiden puutteet ja ylimäärät voivat rajoittaa mikrobien hiilenkäytön tehokkuutta.

Ravinteiden, hiilen ja saveksen suhteelliset määrät hiilensidontaa rajoittamassa

• Rikin puute oli hyvin yleistä ­– siitä kärsi kolme neljäsosaa tutkituista pelloista – mikä voi rajoittaa pysyvien hiilen muotojen syntymistä.
• Kaikki tutkitut peltomaat ovat tutkimuksen perusteella vielä kaukana hiilen saturaatiosta eli maan kyllästymisestä hiilellä.
• Hiili-saves-suhde oli lähes puolella tutkituista pelloista niin matala, että ne luokitellaan köyhtyneiksi. Tämä on maatalouden tuottavuuden kannalta merkittävä löydös.
• Maan vettyminen voi aiheuttaa jo sidotun hiilen vapautumista.