Browsing by Subject "biohiili"

Biochar has been proposed to a promising future product as a carbon sink in carbon sequestration and as a soil conditioner. The aim of this master thesis is to clarify, how biochar affects on the crop formation and yield of faba bean Vicia faba in Southern-Finland. The research includes 3 growing seasons (2010-2012), but the biochar was spred in spring 2010. The study was carried out at the fields of the Viikki research farm, owned by the University Of Helsinki. The study was a split plot experiment, in which as the main plot factor was biochar rate (0, 5, 10 t ha?1). As the sub-plot factor was used fertilizing rate (12, 26 and 40 kg ha?1). To analyzing the yield components, the crop mass samples from the vegetation of every experimental plot were taken. The samples were taken at the end of crop maturation, at the development stage of > 85 (BBCH). Then the samples were dried. The yield components from the samples were separated, such as vegetative (leaves, stalks) and generative parts (pods). After that these parts were weighed. Pods were also calculated and seeds were separated from the pods, and then they were weighed. From obtained data, it was then possible to calculate the key number of yield com-ponents. And finally, the statistical analysis were done with these data. Biochar reduced the plant density at dry growing seasons 2010-2011. But at the same time it enhanced the number of pods per plant and number of seeds per pod. At moist year 2012 there were no significant differences in these components. Biochar didn’t affect significantly on the seed yield of faba bean. Fertilizing didn’t affect significantly on any yield component. Biochar and fertilizing affected significantly together only on 1 000 seeds weight on the year 2010. The lack of statistically significant affects was possibly due to the high fertility of the experimental field. There was evidence that biochar may enhance yield formation of faba bean through the ability of plants to compensate the decreased plant density during dry years. In this situation, a plant in-creases the other yield components. Due to biochar, the tolerance of plants to drought stress can become better. As a conclusion, biochar can be remarkable soil conditioner in the future, in particular during dry growing seasons. However, in fertile soils of Southern-Finland, there are no expected big yield increases in the first three years.

Runsas väkilannoitetypen käyttö kasvien typen tarpeen tyydyttämiseksi ja runsaampien satojen saamiseksi sekä karjatalouden keskittyminen tietyille alueille, ovat lisänneet maataloudesta aiheutuvaa typen vesistökuormitusta. Lisääntynyt ympäristötietoisuus on kuitenkin nostanut kestävyyden ja ilmastoviisaan ruoantuotannon osaksi maatalouden tavoitteita, mikä on lisännyt eloperäisten tai kierrätysaineista valmistettujen tai yhteiskunnan sivuvirroista valmistettujen maanparannusaineiden käyttöä. Maanparannusaineina käytettävien tuotteiden kenttä on laaja ja niiden vaikutukset moninaiset, mutta biohiilestä on etsitty ratkaisua liukoisen nitraatin (NO3-) ympäristökuorman vähentämiseksi. Tämän maisterintutkielman tavoitteena oli kartoittaa kahden kaupallisen biohiilen sekä synteettisen hiilipolymeerin vaikutusta nitraatin pidättymiseen, ja toisaalta pidättymisen vaikutusta nitraatin käyttökelpoisuuteen kasveille. Tutkimus koostui kahdesta osasta, josta ensimmäisessä osassa tutkittiin maanparannusaineiden kykyä pidättää maanparannusaineisiin esimuhitettua nitraattia peräkkäisten uuttojen avulla. Toinen osa koostui kasvatuskokeesta, jossa tarkasteltiin maanparannusaineisiin mahdollisesti pidättyneen nitraatin käyttökelpoisuutta ohralle kasvin kasvun ja klorofyllipitoisuuksien avulla. Uuttokokeen perusteella saksanpähkinänkuoresta valmistettu biohiili (Biohiili 1) osoitti kykyä pidättää nitraattia, koska kahden ensimmäisen uuton aikana biohiilestä ei vapautunut käytännössä lainkaan esimuhituksessa lisätystä nitraatista. Sen sijaan kuusesta valmistettu biohiili (Biohiili 2) ja hiilipolymeeri vapauttivat merkittävästi ja asteittain vähemmän nitraattia peräkkäisissä uutoissa. Kolmen peräkkäisen uuton jälkeen Biohiili 1:sta uuttui vain 1,8 % esimuhituksessa lisätystä typestä, kun taas Biohiili 2:sta uuttui 80 %. Hiilipolymeerillä uuttuneen nitraatin määrä oli yli 100 %, josta osa NO3-N oli peräisin itse tuotteesta. Kasvatuskokeen perusteella typpi ei todennäköisesti ollut ohrien kasvua rajoittava tekijä, ja vaikka Hiilipolymeeri sisälsi itsessään merkittävästi enemmän epäorgaanista typpeä, se ei johtanut korkeam-paan biomassaan. Erot ohrien biomassan ja klorofyllin kehityksessä liittyvät todennäköisimmin muihin ympäristötekijöihin. Mahdollisia selityksiä ovat fysikaalis-kemialliset erot kasvualustassa, mukaan lukien kasvualustan pH (biohiilillä emäksinen ja Hiilipolymeerillä hapan), irtotiheys ja huokoisuus, mutta lisäksi kesällä 2021 koettu poikkeuksellisen kuuma sää vaikutti todennäköisesti myös ohran kasvuun. Biohiilet ovat potentiaalisia maanparannusaineita vähentämään maataloudesta aiheutuvaa typen ympäristökuormitusta, ilman että ne vaikuttavat kasveille käyttökelpoisen typen määrään merkittävästi. Biohiilen valmistuksessa käytetty raaka-aine sekä valmistusprosessi vaikuttavat kuitenkin merkittävästi lopulliseen tuotteeseen, minkä vuoksi tarvitaan lisää tutkimusta ominaisuuksista, jotka vaikuttavat nitraatin pidättymisen tehokkuuteen.

Biochar is a porous, carbon-rich material, made from organic material by pyrolysis in low oxygen conditions, and it can be used to sequester carbon into the soil. This review aspires to give an overview of the economic dimensions of using biochar in Finnish (Boreal and sub-boreal) forests. A literature review was conducted to collect and summarize the information about studies and applications elsewhere, and how we could possibly apply them into Finnish forest ecosystems. This thesis is done as part of Helsus Co-Creation Lab -project, where our group was tasked with looking into how biochar could enhance biodiversity in soil and accelerate transformation to low carbon economy. From this larger topic, this paper is looking into the economic side, and whether it is economically viable to use biochar to enhance and uphold biodiversity. This is evaluated by reviewing and categorizing 164 papers and conducting a literature review. My conclusions are that the current biochar applications show lower economic efficiency than other carbon dioxide abatement technologies. The stability of biochar in soil is a key factor, as the half-lives of biochars may not be as long as commonly suggested. Furthermore, competition for biomass resource use can restrict the availability of feedstock, and make it more expensive. Subsidies for biochar application are required if biochar is to be- come a significant part of the national or global climate mitigation policy. The results in different articles are quite variable and there is currently no standard approach to them. There is a need for specific research on what kind of biochar benefits what soil and vegetation, which is expensive. A primary goal is to incorporate a consistent and standardized testing or analysis method for biochar stability into the certification programs run and administered by the International and the European Biochar Initiatives. In the foreseeable future, biochar by itself is unlikely to play a significant role in climate mitigation strategies. Biochar might be just one of several alternatives in a bundle strategy to re- duce carbon emissions. However, its potential use must still be researched more.

Hiilineutraalin yhteiskuntamme tavoite on sitoa hiiltä yhtä paljon kuin tuotamme hiilidioksidia. Samaan aikaan maatalouden tulisi tuottaa ruokaa kasvavalle ihmisväestölle maapallon kantokyvyn rajoissa ja siinä on avainasemassa viljavuudeltaan heikentyneiden maiden parantaminen. Nurmet toimivat tärkeänä ekosysteemipalveluna sitoen hiiltä ja typpeä maaperään sekä parantaen maan kasvukuntoa. Biohiiltä tutkitaan potentiaalisena maanparannusaineena peltoviljelyssä sekä ilmastonmuutosta ehkäisevänä maaperän hiilensitojana. Se on kuivatislauksessa eli pyrolyysissä syntyvä orgaaninen, kiinteä lopputuote, joka peltomaahan levitettynä pysyy maassa satoja tai tuhansia vuosia. Ei kuitenkaan vielä tiedetä tarkkaan kuinka biohiili vaikuttaa peltomaassa, sillä pitkäaikaiskokeita biohiilen pitkän ajan jälkivaikutuksista ei ole toistaiseksi julkaistu. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää neljä ja viisi vuotta sitten levitetyn biohiilen sekä biohiilen ja lannoitekäsittelyiden yhdysvaikutusta maaperän kosteus-, hiili- ja ravinnepitoisuuksiin Etelä-Suomen olosuhteissa. Lisäksi tutkittiin niiden vaikutusta puna-apila-timoteinurmen kasvilajisuhteisiin ja sadontuottokykyyn. Biohiilikoepelto sijaitsi Helsingin yliopiston opetus- ja tutkimustilalla Helsingissä, Viikissä. Osaruutukoe oli perustettu keväällä 2010, jolloin kuusi-mäntyhakkeesta kuivatislattu biohiili oli levitetty maahan. Pääruudut olivat biohiilitaso 0 t/ha, 5 t/ha ja 10 t/ha. Osaruudut olivat lannoitustaso osuutena suositusten mukaisesta lannoitusmäärästä. Lannoitteena käytettiin puutarhan PK 3-5-20. Kasvukaudella 2014 kalium oli porrastettu tasolle 100 %, 75 % ja 50 %. Keväällä 2015 kaikki ravinteet annettiin kolmena eri tasona 100 %, 65 % ja 30 %. Neljä ja viisi vuotta sitten levitetty biohiili nosti maaperän hiilipitoisuutta ja laski johtolukua. Joinakin mittauskertoina biohiili pidätti kosteutta pintamaassa kuivana aikana ja tasasi maaperän kosteusolosuhteita. Biohiilellä ei ollut vaikutuksia nurmen satoon. Myöskään biohiilellä ja lannoitekäsittelyillä ei ollut yhdysvaikutusta satoon. Suurin lannoitekäsittely nosti nurmen satoa kasvukaudella 2015. Suositeltavaa on edelleen tutkia biohiilen pitkäaikaisvaikutuksia peltomaahan ja sadontuottoon, sillä vanhasta, monia vuosia sitten levitetystä biohiilestä ei ole julkaistuja tutkimuksia. Biohiiltä on oletettavasti turvallista käyttää pohjoisissa olosuhteissa hiilensidontaan torjumaan ilmastonmuutosta.

Biohiili on hiilipitoinen maanparannusaine, joka on valmistettu eloperäisestä aineesta pyrolyysimenetelmällä. Biohiilen sisältämä hiili on erittäin pysyvässä muodossa, mikä mahdollistaa hiilen sitomisen maaperään pitkäksi ajaksi. Joidenkin biohiilten on osoitettu parantavan maaperän rakennetta sekä veden ja ravinteiden saatavuutta tietyissä olosuhteissa, erityisesti tropiikin vähähiilipitoisilla ja happamilla mailla. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kuusipohjaisen biohiilen vaikutuksia maaperän veden ja ravinteiden saatavuuteen sekä niiden vaikutuksia kauran (Avena sativa L.) satokomponentteihin viisi vuotta biohiililisäyksen jälkeen. Tutkimuksessa oli mukana biohiilen lisäksi lannoituskäsittelyiden vaikutus ja näiden kahden yhdysvaikutus. Biohiiltä oli lisätty koeruuduille vuonna 2011 tasoilla 0, 5, 10, 20 ja 30 t ha-1. Lannoituskäsittelyinä toimivat lannoittamaton kontrolli, mineraalilannoitus ja lihaluujauholannoitus. Biohiili vaikutti korkeimmalla lisäystasolla maaperän hiilen määrään tilastollisesti merkitsevästi. Biohiili ei vaikuttanut merkitsevästi maaperän kosteus- ja ravinneolosuhteisiin tai kauran satokomponentteihin. Lannoituskäsittelyllä oli merkitsevä vaikutus maaperän kosteuteen, ravinnepitoisuuksiin, johtolukuun, pH-arvoon, kasvuston lehtialaindeksiin, hiili/typpisuhteeseen, biomassaan sekä tuhannen jyvän painoon. Biohiili- ja lannoituskäsittelyillä ei havaittu olevan merkitseviä yhdysvaikutuksia mitattujen parametrien osalta. Tulokset voivat johtua maaperän lähtökohtaisesta korkeasta hiilipitoisuudesta, ja viisi vuotta sitten lisätyn biohiilen siirtymästä syvemmälle maahan, jolloin sen vaikutukset maaperän ominaisuuksiin ja kauran sadontuotantokykyyn ovat pienet. Lisäksi alkukevään 2016 runsaan tuomikirvaesiintymän levittämä kääpiökasvuviroosi heikensi kauran kasvua, minkä vuoksi mitattava sato jäi vähäiseksi. Biohiilen edut tulevat parhaiten esille kuivilla, ravinneköyhillä, huonorakenteisilla ja alhaisen luontaisen hiilipitoisuuden vaivaamilla mailla. Biohiilellä ei todettu olevan negatiivisia vaikutuksia maaperän kosteusolosuhteisiin, ravinnemääriin tai kauran sadon määrään tässä tutkimuksessa. Biohiilen pitkäaikaisten vaikutusten tutkimusta maaperään ja viljelykasvien satokomponentteihin on tärkeää jatkaa edelleen.

Tutkin tässä pro gradu -tutkielmassani eräiden suomalaisten ruohovartisten kasvilajien ja biohiilen vaikutuksia huleveden määrään ja laatuun. Tutkimuksessa järjestettiin koekasteluita, joiden avulla oli tarkoitus selvittää kasvilajien kykyä vähentää huleveden määrää ja poistaa siitä ravinteita sekä biohiilen vaikutusta huleveden määrään ja laatuun. Kasvillisuuden ja biohiilen vaikutusta on tutkittu aikaisemminkin, mutta erityisesti tiettyihin kasvilajeihin liittyviä tutkimuksia ei ole tehty Suomessa. Tutkimus on osa Luonnonvarakeskuksen Hulevesialueiden kasvit ja kasvualustat (HuleKas) -projektia. Kaupungistuminen lisää talojen, parkkipaikkojen ja teiden rakentamista. Tämä kasvattaa läpäisemättömien pintojen määrää, ja se puolestaan estää veden imeytymisen maan läpi. Kaupungeissa ongelma on ratkaistu rakentamalla hulevesiviemäriverkostoja, mutta erityisesti muuttuva ilmasto lisää sateiden ja sitä kautta huleveden määrää. Rankkasateilla kaupunkien hulevesiviemärit osoittautuvat usein riittämättömiksi. Lisäksi hulevesi huuhtoo epäpuhtaudet kaduilta, ja hulevesi onkin todettu yhdeksi tärkeimmistä hajakuormituksen aiheuttajista. Nyttemmin on kehitetty perinteisten sadevettä pois johtavien viemäriverkostojen rinnalle ekologisempia ja kestävämpiä ratkaisuja. Hulevesi pyritään käsittelemään sen syntysijoilla, ja tähän voidaan päästä rakentamalla erilaisia hulevesirakenteita, kuten hulevesipainanteet tai sadepuutarhat. Hulevesirakenteiden tärkeimmät osat ovat kasvualusta ja kasvillisuus. Hyvällä kasvualustavalinnalla voidaan pidättää mm. fosforin yhdisteitä ja kuparia, kun taas nitraatin pidättyminen vaatii rakennetta peittävää kasvillisuutta ja hapettomia olosuhteita. Kasvillisuuden avulla voidaan myös hidastaa huippuvirtaamia, pidättää kiintoainesta ja poistaa metalleja ja ravinteita hulevedestä. Myös kasvualustan mikrobeilla on tärkeä merkitys ravinteiden sitojina. Tutkimusasetelmani oli astiakoe. Astioihin oli istutettu seitsemää suomalaista luonnon kasvilajia, nurmea ja kontrollina toimivat kasvittomat astiat. Osaan astioista oli lisätty biohiiltä. Tutkimusjakson aikana järjestettiin kolme koekastelua, joissa liuoslannoitteilla lisättyä tekohulevettä kaadettiin jokaiseen astiaan sama määrä. Tämän jälkeen kirjattiin ylös tietyin aikavälein, paljonko vettä astiasta on valunut ulos. Tutkielman aineisto koostuu kahdesta osasta. Ensimmäinen osa muodostuu koekasteluiden valuntatiedoista ja kolmas osa koekasteluiden vesinäytteiden laboratorioanalyyseistä. Parhaita kokonaistypenpidättäjiä olivat viiltosara, jänönsara, korpikaisla, luhtakastikka ja rantatyräkki. Kokonaisfosforin pidätyksessä puolestaan erottuivat viiltosara, korpikaisla, ja rantatyräkki. Kaikki kasvikäsittelyt alensivat tekohuleveden kokonaisfosforin konsentraatiota. Biohiili paransi kaikkien edellä mainittujen kasvilajien ravinteenpidätyskykyä. Myös mikrobitoiminnan merkitys ravinteiden sidonnassa on tärkeä. Eniten vettä koekastelussa käyttivät viiltosara, luhtakastikka sekä jänönsara. Jänönsaran suorituskyky on kiistanalainen johtuen epätasaisesta kastelusta kolmannen jakson aikana. Jaksojen aikaisessa veden käytössä tehokkaina veden käyttäjinä nousevat esiin viiltosara, jänönsara, korpikaisla, luhtakastikka ja rantatyräkki. Kaikki kasvikäsittelyt tuottivat vähemmän valuntaa, kuin kontrolli. Biohiilen avulla voidaan hidastaa valunnan alkamista ja kertymistä.

Biochar is currently being intensively studied as a soil conditioner in agriculture and as a potential carbon sink to mitigate climate change. The knowledge of the effects of biochar field application on soil fauna remains very limited. This is underlined by the absence of field experiments on the effects of biochar on earthworms, a globally common and important faunal group in arable soils. The purpose of our study was to determine the effects of biochar on arable soil earthworms under both laboratory and field conditions in a Boreal loamy sand soil. An earthworm avoidance test with Aporrectodea caliginosa was conducted for periods of 2 and 14 days with 1.6% w:w spruce chips biochar application (produced at 550-600 ° C, application rate corresponding to 30 t/ha biochar). The effect of field application of the same biochar on earthworm density and biomass was studied over one growing season in experiment growing wheat. In the avoidance test, application did not affect the habitat choice of earthworms when incubation lasted for two days, but after two weeks, a significant (P = 0.033) avoidance of biochar was observed. We suggest that the avoidance under the two-week incubation occurred due to soil desiccation caused by high water retention of biochar. In the field trial, after BC application there were no statistically significant differences in the total density and biomass of earthworms between biochar or fertilizer treatments. Due to the short duration of the field trial, our results do not allow conclusive evaluation of the treatment effects on earthworms. The time scale of the study can only be considered sufficient for unraveling immediate avoidance reactions caused by biochar application, for which we found no evidence. In order to thoroughly investigate matter further, the follow-up of the experiment should be continued.

Biochars are soil amendment materials produced via pyrolysis of biomass. They are resistant to degradation and can be used as a way to sequester carbon from the atmosphere. Biochars can improve soil structure and water and nutrient retention capacity, and significant positive effects on soil aggregate stability, water retention capacity and nutrient availability have been observed in acidic soils with low carbon content. The positive effects of biochar on soil properties can also increase crop yields. However, most studies on the effects of biochar have been conducted in tropical or temperate climates, and currently very little is known on its effects on the yield formation of cereals, and more specifically, barley. The aim of this study was to determine the effects of softwood biochar on field soil moisture and nutrient contents, as well as its effects on yield components of barley (Hordeum vulgare L.) 8 years after its application (0, 5, 10, 20 and 30 t ha-1) to boreal soil. In addition, the effects of organic and mineral fertilizers, alone and together with biochar, on soil moisture, nutrient contents and barley yield components were studied. Biochar did not have significant effects on soil moisture or nutrient contents or on barley yield components. Fertilization had significant effects on contents of soil moisture and nutrients, electrical conductivity, pH and the biomass, leaf chlorophyll content, number and weight of seeds and the final yield of barley. The non-significant effects of biochar can be due to the high amount of carbon already present in the soil, and similar results have been observed on the research site in previous years. The added biochar may also have been misplaced by soil management or degraded by weathering. The growing season of 2018 was drier and warmer than the long-term average and drought during the beginning of the growing season combined with issues with weeds negatively affected crop development and yield components.

Suomen ilmasto-olosuhteissa viherkattojen toiminnasta ja vedenpidätyskyvystä on vielä niukasti tietoa. Tämän Pro gradu -tutkielman tavoitteena on selvittää, millainen viherkattotyyppi olisi optimaalisin hulevesien hallintaan. Tutkielmassa selvitetään kokeellisesti sekä kirjallisuuden avulla viherkattojen kasvillisuuden sekä kasvualustan paksuuden ja koostumuksen vaikutuksia kattojen toimintaan. Tutkielman koeasetelmaan kuului kolme erilaista viherkattovaihtoehtoa. Kaikki on perustettu tiilimurskapohjaiselle kasvualustalle. Kasvillisuutena on joko sammalia, maksaruohoja, kukkakasveja ja heiniä kasvava valmismatto (3 kpl) tai taimi-istutuksin ja kylvämällä perustettu taimikylvökatto (3 kpl). Näiden lisäksi on yksi valmismattokatto, johon on lisätty 1 cm:n kerros biohiiltä. Taimikylvön kasvillisuus koostuu ruohovartisista kukkakasveista ja parista maksaruohosta. Vedenkulkua koeasetelmassa seurattiin kahdella sademittarilla sekä seitsemällä valuntamittarilla, jotka seurasivat sadannan ja valunnan määrää sekä ajoitusta. Lisäksi kolmessa kattoruudussa oli jatkuvatoimiset kosteus- ja lämpötilasensorit eri syvyyksillä: 2 cm, 5cm, 8 cm ja 8 cm etureunassa. Tutkimusten avulla selvitetään 1) miten kasvualustojen vedenpidätyskyvyt eroavat, 2) mikä käsittely hidastaa valuntaa eniten, 3) miten kasvualustojen lämpötilat eroavat ja 4) mistä erot johtuvat. Biohiilen uskotaan lisäävän veden pidättymistä sateen yhteydessä ja hidastavan veden poistumista sadetapahtumien välillä. Valmismattojen uskotaan pidättävän vettä paremmin kuin taimikylvön, koska runsaampi kasvillisuus pidättää enemmän vettä. Pienimmän valunnan oletetaan vapautuvan hitaimmin. Taimikylvön lämpötilan odotetaan kohoavan korkeimmaksi, koska sen vähäinen kasvillisuus ei varjosta tai haihduta yhtä paljon. Korkean lämpötilan odotetaan nopeuttavan kosteuden poistumista kuivilla kausilla. Keskimääräinen vedenpidätyskyky oli hieman korkeampi taimikylvössä kuin muissa käsittelyissä. Kaikki käsittelyt pidättivät hyvin vettä verrattaessa kirjallisuuteen. Vedenpidätyskyvyn todettiin vähenevän sademäärän kasvaessa. Keskimääräistä suurempien sadetapahtumien (yli 7,3 mm) kohdalla vedenpidätyskyky vaihteli valmismattokatolla 19–97 % välillä, biohiilikatolla 33–98 % välillä ja taimikylvössä 22–99 % välillä. Keskimääräistä pienempien sadetapahtumien kohdalla vedenpidätyskyky puolestaan vaihteli valmismattokatolla 90–99 % välillä, biohiilikatolla 64–99 % välillä ja taimikylvössä 65–100 % välillä. Valuntamäärillä ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja käsittelyjen välillä. Suodosvesi valui nopeimmin taimikylvöstä ja hitaimmin biohiilikatosta. Biohiili siis hidasti valuntaa. Tilastollisia eroja valunnan kestoille ei löytynyt Kruskal-Wallisin testillä. Taimikylvön todettiin olevan yleensä kuivin käsittelyistä, mutta se myös vettyy nopeimmin. Taimikylvökatolla mitattiin käsittelyjen korkeimmat sekä matalimmat lämpötilat. Lähellä pintaa lämpötila vaihteli huomattavasti. Valmismaton ja biohiilikaton lämpötilat olivat tasaisempia, koska runsaampi kasvillisuus varjostaa ja eristää. Regressioanalyysin perusteella valmismatto- ja biohiilikattojen kosteuspitoisuus vaikutti merkitsevästi niiltä syntyvän valunnan määrään, kun sademäärä oli yli 7,3 mm, mutta ei pienemmillä sateilla. Sateen intensiteetti myös selitti kosteuspitoisuuden muutosta.