Tuhkalannoituksella lisää metsänkasvua ja hiilensidontaa

Maaperän ravinnetilan ja ominaisuuksien parantaminen puutuhkalla lannoittaen on kiertotalouden ydintä. Hyvinvoiva maaperä turvaa puuston vahvan kasvun ja mahdollistaa paremman taloudellisen tuoton metsänomistajalle. Myös metsän hiilivarastoa on mahdollista kartuttaa samalla, kun puusto kasvaa. Kun tuhkan käytössä huomioidaan mahdolliset vaikutukset kasvihuonekaasupäästöihin, ollaan matkalla kohti ilmastokestäviä ratkaisuja.

Metsistä korjattavien biomassojen polton yhteydessä syntyy suuret määrät tuhkaa, jota voidaan hyödyntää mm. lannoitteena kierrättämällä sitä takaisin metsiin. Puutuhka sisältää kaikki olennaiset kasviravinteet, lukuun ottamatta polton yhteydessä haihtuvaa typpeä, ja tukee siten puiden kasvua. Puutuhkan lannoituskäyttö soveltuu erityisesti turvemaille, joissa mineraaliravinteista on usein pulaa. Puuston kasvuvaste tuhkalannoitteeseen on siis yleensä voimakkaampaa turvemaan kuin kivennäismaan metsissä, koska kivennäismailla puuston kasvua rajoittava ravinne on usein typpi. Kivennäismailla puuston positiivisia kasvuvaikutuksia on saatu lisäämällä tuhkaan typpeä.

Maan happamuuden säätely on yksi avaintekijöistä

Metsämaan happamuudella on vaikutusta sen useisiin toimintoihin. Tuhkat ovat hyvin emäksisiä (pH 9–13), joista puutuhkan neutraloimiskyky on todettu yleensä turvetuhkaa voimakkaammaksi. Tuhkan emäksisyys johtuu mm. sen suuresta oksidi- ja hydroksidipitoisuuksista, joita syntyy polton yhteydessä. Tuhkan polttolämpötila vaikuttaa tähän ominaisuuteen. Puutuhkan käytöllä voidaan siis torjua metsämaan happamoitumista pitkäaikaisesti, ja lisäksi kompensoida ravinteiden huuhtoutumista. Metsämaan happamuutta voidaan torjua myös yhdistetyllä tuhka-typpilannoituksella.

Tuhkalla vaikutuksia maaperän mikrobien toimintaan

Tuhka vaikuttaa kasvihuonepäästöihin maaperän mikrobien kautta. Maaperän mikrobit ottavat osaa myös metsän ravinteiden kierron säätelyyn. Mikrobit voivat sekä pidättää, että vapauttaa ravinteita orgaanisen aineen hajoamisen ja sienijuuri eli mykorritsa vuorovaikutusten kautta. Siten on tärkeä tiedostaa tuhkan vaikutukset metsämaan mikrobistoon.

Tuhkalannoituksen vaikutuksista maaperän mikrobistoon ja sen aktiivisuuteen on vaihtelevia tuloksia. Useissa tutkimuksissa tuhkan on todettu muuttavan maan mikrobiyhteisöjen rakennetta, lajistoa sekä aktiivisuutta turve-, että kivennäismailla, kun joissain ei ole todettu muutoksia.

Maaperän mikrobiston toimintaa rajoittaa orgaanisen hiilen saatavuus. Niinpä syitä mikrobiston aktiivisuuden parantumiseen voi olla esim. maan liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuuksien ja maan pH:n kasvu. Maan pH voi vaikuttaa myös liuenneen orgaanisen hiilen kemialliseen koostumukseen ja sitä kautta mikrobiaktiivisuuteen.

Vaikka ojitetuissa suometsissä ei havaittu merkittäviä muutoksia mikrobiaktiivisuudessa 6 vuotta tuhkan levityksen jälkeen, sen levitysmäärällä oli vaikutuksia mikrobiyhteisöön. Tutkimuksessa, jossa tarkasteltiin laajaa tausta-aineistoa taas pääteltiin, ettei normaalilla tasolla tehtävät tuhkalannoitusmäärät ainakaan välittömästi heikennä mykorritsasienien monimuotoisuutta. Tutkimukset joka tapauksessa nostavat esille oikean lannoitusmäärän tärkeyden.

Tuhkalannoituksen vaikutuksia kasvihuonekaasupäästöihin tutkitaan

Koska tuhkalannoituksella on potentiaalia vaikuttaa maaperän mikrobitoimintaa, voidaan sen olettaa vaikuttavan myös metsämaaperän mikrobiprosesseissa muodostuviin kasvihuonekaasupäästöihin.

Tämä vaikutus on oleellista huomioida, koska hyvän metsänhoidon yhtenä tavoitteena voidaan pitää sitä, että metsäekosysteemin kyky sitoa ja varastoida hiiltä vahvistuu jatkuvasti. Käytännön metsänhoidossa tulisi siis välttää toimenpiteitä, joissa maaperän hiiltä menetetään esimerkiksi ilmakehään hiilidioksidina. Yksi esimerkki tällaisesta toimenpiteestä on turvemaiden vedenpinnan liiallinen laskeminen ojituksen seurauksena. Silloin turvekerros pääsee hapettumaan ja turpeen hajoamisprosessi nopeutuu. Hiilidioksidin lisäksi huomiota tulee kiinnittää myös voimakkaiden kasvihuonekaasujen, kuten metaanin ja typpioksiduulin, muodostumiseen metsäekosysteemissä.

Yleisesti ottaen tuhkan vaikutuksista metsämaan kasvihuonekaasupäästöihin on vähän pitkäaikaista tutkittua tietoa. Vaikutukset voivat olla erilaisia, kun tuloksia verrataan eri kaasujen, kasvupaikkojen ja tuhkan levitysmäärien kesken.

Myös kasvupaikan maankäytön historia tulee ottaa huomioon. Esimerkiksi laboratoriokokeiden perusteella on esitetty, että tuhkalannoituksella on potentiaalia lisätä typpioksiduulipäästöjä aikaisemmin typpilannoitetulla kivennäismaalla. Samassa tutkimuksessa kuitenkin todettiin, että tuhkalla voidaan myös hillitä typpioksiduulipäästöjä sellaisilla mailla, joissa on alhainen happamuus ja korkea orgaanisen aineksen pitoisuus.

Tuhkalla ei ole suuria vaikutuksia kivennäismaiden kasvihuonekaasupäästöihin

Tuhkalannoituksen ei ole todettu lisäävän merkittävästi kivennäismaiden hiilidioksidipäästöjä.

Tuhkalla ei ole havaittu olevan merkittävää vaikutusta myöskään maan typpioksiduulipäästöihin, vaikka maan pH on oleellinen tekijä niiden päästöjen kehittymisessä.

Sitä vastoin kivennäismaalla hakkuutähdekasojen ja tuhkan yhdistelmän on todettu stimuloivan typen kierron, etenkin nitrifikaation, prosesseja avohakkuualalla. Typpioksiduulia muodostuu nitrifikaation sivutuotteena. Pitkäaikaisissa tuhka-typpilannoituskokeissa ei ole kuitenkaan havaittu nitrifikaation voimistumista 15-30 vuotta lannoituksen jälkeen, vaikka maan pH ja typen mineralisaatio ovat olleet edelleen korkealla.

Nitrifikaatiota edeltävä typen kierron vaihe, typen mineralisaatio, muokkaa typen muotoa maaperässä niin, että typpi muuttuu puille käyttökelpoiseen muotoon. Tuhkalannoituksen vaikutus typen mineralisaatioon ei ole selvää.

Metaanin osalta tuhkalannoituksen on todettu vahvistavan kivennäismaiden jo olemassa olevaa nielua.

Turvemaat

Turvemaat ovat potentiaalisia kasvihuonekaasujen tuottajia ja erityisesti tuhkalannoitukseen hyvin soveltuvien typpirikkaiden turvemaiden hiilidioksidi- ja typpioksiduulipäästöjen on arvioitu kasvavan, mikäli orgaanisen aineksen hajotustoiminta lisääntyy merkittävästi.

Vaikka tuhkalannoitus yleisesti lisää hiilen sitoutumista puustoon, ja maaperän hiilivarasto voi karttua lisääntyneen kariketuotannon vuoksi, turvemaametsissä tuhkalannoituksen on todettu lisäävän turpeesta hajoamisesta vapautuvan hiilidioksidin hiilidioksidipäästöjä. Tätä tapahtuu erityisesti typpirikkailla turvemailla. Myös vähäravinteisilla soilla on saatu samansuuntaisia, alustavia tuloksia rakeistetun tuhkan osalta.

Vähäravinteisilla, ojitetuilla soilla on myös viitteitä, että tuhkalannoitus ei aiheuta suuria hiilidioksidipäästöjä. Vähätuottoisilla soilla lannoitus nähdään potentiaalisena vaihtoehtona ilmastonmuutoksen hillinnän kannalta lyhyellä, vuosikymmenten aikajaksolla, koska puustoon sitoutuneen hiilen määrä on maaperän hiilipäästöjä suuremmat. Pidemmällä aikavälillä tarkasteltuna turpeesta tapahtuvan hiilen hävikin ei katsota olevan ilmastomielessä tavoiteltavaa.

Vaikka tuhkan levityksen jälkeiset maaperän hiilidioksidipäästöt voivat siis toisinaan ylittää puustoon sitoutuneen hiilen määrän, tuhkan avulla on mahdollista parantaa kasvillisuuden ja biomassan kasvun kehittymistä. ” Esimerkiksi parantuneen metsityksen avulla voidaan kompensoida maaperän hiilidioksidipäästöjä, jos huomioidaan lisääntyvän puuston vaikutus maaperän hiilen määrään.”

Turvemaiden tutkimuksissa tuhkan levittämisellä ei ole havaittu olevan merkittävää vaikutusta maan typpioksiduulipäästöihin. Joissain tutkimuksissa päästöjen on todettu jopa vähentyneen. Turvemailla pienentyneiden typpioksiduulipäästöjen on arvioitu johtuvan kohonneesta maan pH:sta. Happamuuden lisääntyminen vaikuttaa esimerkiksi denitrifikaation kautta syntyvän typpioksiduulin määrään siten, että tällöin syntyvän kaasun määrä kasvaa, kun prosessi ei mene loppuun saakka ja lopputuotteena syntyvän, ilmastolle harmillisemman typpikaasun osuus vähenee. Siten metsien tuhkalannoituksen happamuutta säätelevän ominaisuuden kautta tuhkalla voisi olla potentiaalia vaikuttaa typpioksiduulipäästöihin.

Myös rakeistetulla tuhkalla tehdyissä laboratoriokokeissa huomattiin raetuhkan potentiaali alentaa typpioksiduulin tuottoa. Tämän oletettiin johtuvan nopeasti liukenevista ioneista (suoloista), jotka estivät nitrifikaatioprosessia ja siten typpioksiduuli päästöjä. Kenttäkokeiden tulosten mukaan rakeistetulla puuntuhkalla ei havaittu vaikutusta typpioksiduulin päästöihin. Tuhkan rakeistamisella pyritään hidastamaan ravinteiden vapautumista ja muutenkin tasapainottamaan tuhkan vaikutuksia mm maan happamuuden muutoksiin. Rakeistetun tuhkan vaikutuksista kasvihuonekaasupäästöihin tiedetään vielä vähän.

Turvemaiden metaanipäästöjen on todettu joko vähentyneen tai päästöissä tapahtuneet muutokset ovat olleet pieniä. Metaanin, kuten myös typpioksiduulin, osalta vesitalouden säätelyllä voikin olla enemmän merkitystä lopullisiin päästöihin.

Tuhkalannoituksella on positiivia vaikutuksia maaperään – lisää tietoa tarvitaan

Tuhkalannoittaminen on taloudellisesti kannattavaa, koska sen on todettu lisäävän puuston kasvua. Lannoitteena puutuhkan voidaan ajatella olevan luonnollinen ja taloudellisesti kannattava valinta metsätaloudessa käytettävien ojitettujen turvemaiden ravinnetilan parantamiseksi, koska se ylläpitää positiivisia vuorovaikutuksia sienien ja puiden välillä.

Kasvihuonekaasupäästöjen osalta tulokset ovat osittain epäyhteneväisiä. Tutkittua pitkäaikaista tietoa tuhkan vaikutuksista maaperän mikrobeihin ja kasvihuonekaasupäästöihin ei ole juurikaan saatavilla. Maaperässä tuhkan vaikutusten suuntaan ja voimakkuuteen vaikuttaa paitsi maaperätyyppi ja maan ominaisuudet, myös levitetyn tuhkan määrä ja ominaisuudet. Nämä tulee ottaa huomioon, kun suunnitellaan tuhkan levittämistä.

Turvemailla puuston kasvu lisää samalla puuston haihdutusta. Siten tuhkalannoituksen avulla voidaan myös pyrkiä säätelemään vesitaloutta niin, että vältetään kunnostusojitusten tarve. Näin voidaan edistää myös vesiensuojelua. Soiden vesitalouden säätelyllä on suuri rooli niiden kasvihuonekaasupäästöjen suuruuteen. Tuhkan hyötykäyttö metsälannoitteena parantaa kiertotaloutta ja vähentää kaatopaikoille vietävän tuhkan määrää. Tulevaisuudessa mielenkiintoista olisi saada enemmän tietoa tuhkan yhdistämisestä biohiilen, jolla voidaan myös saavuttaa etuja maaperän hiilen sidontaan.

Huomioitavaa on, että vaikka lannoituksen avulla voidaan parantaa metsämaan ravinteiden pitoisuuksia, ne eivät kuitenkaan korvaa metsämaan orgaanisen aineen hävikkiä eikä sen laadun muutoksia, joita voi syntyä metsäbiomassojen korjuun yhteydessä. Tälläkin voi olla yhteyksiä maaperän mikrobitoimintaan. Tuhkan levityksen vaikutukset metsäluonnon monimuotoisuuteen tulisi myös tutkia.

Yhteenveto tuhkalannoituksen vaikutuksista

positiivisia vaikutuksia

• edistää kiertotaloutta
• lisää puuston kasvua
• vähentää maaperän happamuutta
• aktivoi maaperän mikrobien toimintaa
• parantaa maaperän ravinnetilaa
• ei lisää merkittävästi kivennäismaiden kasvihuonekaasupäästöjä
• voidaan käyttää korvaamaan kunnostusojitusta kasvupaikasta riippuen
• rakeistettuna on potentiaalia vähentää turvemaiden typpioksiduulipäästöjä

negatiivisiä vaikutuksia

• ei sisällä typpeä
• ei sisällä orgaanista ainesta
• on todettu edistävän turpeen hajoamista etenkin ravinnerikkailla soilla
• kaikkia ristikkäisvaikutuksia mm. metsäluonnon monimuotoisuuteen ei tunneta

Artikkeli on tuotettu osana Vastuullista liiketoimintaa tuhkasta -hanketta.  Hankkeen materiaalit löytyvät täältä: Vastuullista liiketoimintaa opas, laskurit ja esitykset

Viitteet

Adamczyk, S. ym. 2016. Soil carbon and nitrogen cycling processes and composition of terpenes five years after clear-cutting a Norway spruce stand: Effects of logging residues, Forest Ecology and Management, volume 381, 318-326.

Bengt, A. ym. 2017. Does the harvest of logging residues and wood ash application affect the mobilization and bioavailability of trace metals? Forest Ecology and Management, volume 383, 61-72.

Bornø, M.L. ym. 2020. Is wood ash amendment a suitable mitigation strategy for N2O emissions from soil? Science of The Total Environment, volume 713, 136581.

Buss, W. 2019. Synergies between BECCS and Biochar—Maximizing Carbon Sequestration Potential by Recycling Wood Ash. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 7, 4, 4204–4209.

Demeyer, A. ym. 2001. Characteristics of wood ash and influence on soil properties and nutrient uptake: an overview. Bioresource Technology, volume 77, 287-295.

Ernfors, M. ym. 2010. Effect of wood-ash fertilization on forest floor greenhouse gas emissions and tree growth in nutrient poor drained peatland. Science of the Total Environment, volume 408, 4580–4590.

Fritze, H. ym. 2000. Effect of Cd-containing wood ash on the microflora of coniferous forest humus. FEMS Microbiology Ecology, volume 32, 43-51.

Helmisaari, H.S. ym. 2009. Hakkuutähteiden korjuu – muuttuuko typen saatavuus? Metsätieteen aikakauskirja 1/2009, Tieteen tori.

Huotari, N. ym. 2015. Recycling of ash – for the good of the environment? Forest Ecology and Management, volume 348, 226-240.

Jokinen, H. ym. 2006. Exploring the mechanisms behind elevated microbial activity after wood ash application. Soil Biology and Biochemistry, volume 368, 2285-2291.

Kjøller, R. ym. 2017. Ectomycorrhizal Fungal Responses to Forest Liming and Wood Ash Addition: Review and Meta-analysis. In: Lukac M., Grenni P., Gamboni M. (eds) Soil Biological Communities and Ecosystem Resilience. Sustainability in Plant and Crop Protection. Springer, Cham.

Klemedsson, L. ym. 2010. Reduction of greenhouse gas emissions by wood ash application to a Picea abies (L.) Karst. forest on a drained organic soil. European Journal of Soil Science, volume 61, 734-744.

Liimatainen, M. 2016. Factors controlling nitrous oxide emissions from drained peat soils: Effects of wood ash fertilization. Väitöskirja. Itä-Suomen yliopisto. Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, Ympäristö- ja biotieteiden laitos.

Liimatainen, M. ym. 2017. The effect of wood ash fertilization on soil respiration and tree stand growth in boreal peatland forests. 19th EGU General Assembly, EGU2017, proceedings from the conference held 23-28 April, 2017 in Vienna, Austria., p.11974.

Maljanen, M. ym. 2006. Greenhouse gas fluxes of coniferous forest floors as affected by wood ash addition. Forest Ecology and Management, volume 237, 143-149.

Ojanen, P. ym. 2019. Long-term effect of fertilization on the greenhouse gas exchange of low-productive peatland forests, Forest Ecology and Management, volume 432, 786-798.

Ouvrard, B. ym. 2019. Determinants of forest owners attitudes towards wood ash recycling in Sweden – Can the nutrient cycle be closed? Ecological Economics, volume 164, 106293.

Petaja, G. ym. 2019. Forest fertilization: Economic effect and impact on GHG emissions in Latvia. Baltic Forestry, volume 24, 9-16.

Saarsalmi, A. ym. 2001. Effects of wood ash fertilization on forest soil chemical properties. Silva Fennica 35, 355–368.

Saarsalmi, A. ym. 2012. 30-Year effects of wood ash and nitrogen fertilization on soil chemical properties, soil microbial processes and stand growth in a Scots pine stand. Forest Ecology and Management, volume 278, 63-70.

Saarsalmi, A. ym. 2014. Wood ash in boreal, low-productive pine stands on upland and peatland sites: Long-term effects on stand growth and soil properties. Forest Ecology and Management, volume 327, 86–95.

Silvan, N. ja Hytönen, J. 2016. Impact of Ash-Fertilization and Soil Preparation on Soil Respiration and Vegetation Colonization on Cutaway Peatlands. American Journal of Climate Change, volume 5, 178-192.