Hiilen nieluviljelyn esimerkkilaskentaa

Hiilen nieluviljelyn laskenta, mallina alkuainehiili (C), perustuu kahteen käsitteeseen: hiililuku ja hiilen nieluvirta.

Hiililuku kertoo paljonko viljelmässä, pellolla tai metsässä on tiettynä ajankohtana keskimäärin alkuainehiiltä hehtaarilla (tn C/ha). Metsissä hiililukuun sisältyvät tavallisesti rungot, oksat, elävä lehvästö, kannot ja karkeat juuret. Mikäli mittauksen mahdollistaminen antaa myöten, mukaan tulevat myös hienojuuret (alle 2 mm). Laajennettuun hiililukuun lisätään maaperä humuksineen, esimerkiksi 10 cm:n, 30 cm:n tai 100 cm:n syvyydessä.

Hiilen nieluvirta kertoo paljonko kasvuisiin metsiin, ylipäänsä biomassaan tai maaperään kertyy alkuainehiiltä vuodessa. Hiilen nieluvirta mitataan yksikössä tn C/ha/v tai kg C/ha/v. Hiilen nieluvirta kertoo hiililuvun muutoksesta. Matemaattisesti hiililuku on aikafunktion integraali ja hiilen nieluvirta sen derivaatta. – Kun derivaatta on negatiivinen, virran nimi on hiilen lähdevirta tai hiilen päästövirta.

Hiilen nieluviljelyn laskennan esimerkiksi voi valita perusteellisesti mitatun lehtipuiden lyhytkiertoviljelyn sopivalla pellolla. Tällainen on muun muassa Alkon Rajamäen tehtaan lyhytkiertopajun viljelykoe vuosina 1982–1991 (kuvat 1 ja 2, vuotuiset mittaukset ja kaksi raporttia viitteissä 1 ja 2).

 

Kuvat 1 ja 2. Alkon Rajamäen kokeen lyhytkiertoviljelyn pajukko syysmittauksen aikaan ja kevätkorjuun aikaan (kuvat Metla)

 

Lyhytkiertopajua kasvatettiin 10 vuoden ajan. Ensimmäinen kiertoaika oli 3 vuotta (kuva 3) ja toinen kiertoaika 7 vuotta (kuva 4). Yksinkertaisessa laskennassa mitatusta vesojen kuivamassasta puolet (laskennassa tarkemmin: 49,3 %) on alkuainehiiltä (yksikössä tn C/ha).

 

Kuvat 3 ja 4. Rajamäen pajukokeen mitatut vesojen kuivabiomassat yhteensä 10 vuoden jaksolla, 1. kiertoaika 3 vuotta, 2. kiertoaika 7 vuotta

 

Vesojen lisäksi lyhytkiertopajun vuotuista biomassaa (alkuainehiiltä) kertyy lehtiin, karkeisiin juuriin (läpimitaltaan yli 2 mm) ja hienojuuriin (alle 2 mm). Vielä 1980-luvulla niiden ilmastomittaus ei ollut Rajamäen kokeessa ajankohtainen. Käytetään laskennassa Ruotsissa, Uppsalan yliopiston, Rajamäen koetta muistuttavalta pajukkopellolta mitattua tietoutta (kuva 5, viitteet 3 ja 4).

 


Kuva 5. Pajun biomassan vuotuisen kasvun jakauma Ruotsin tutkimusten mukaan (Rytter 2001, 2012).

 

Pajun ja muiden lehtipuiden kasvamat lehdet sekä hienojuuret muuntuvat aikaa myöten humukseksi. Samalla osa alkuainehiilestä hapettuu, muuntuu hiilidioksidiksi ja palautuu ilmakehään.

Hiilen pysyvyydellä on oma luonnonlakinsa kaikille kasvinosille. Kuvassa 6 on esimerkki pajun lehtien kerryttämän hiilen pysyvyydestä, lehtien muuntumisesta karikkeeksi. Karikkeen hiilen pysyvyys lasketaan kuvan 6 kertoimella. Lehdet varisevat vuonna nolla ja muuntuvat sen jälkeen vähitellen karikkeesta humukseksi. Varisseista lehdistä jää pysyväksi alkuainehiilen varastoksi 21 prosenttia (viitteet 3, 4 ja 5).

 

Kuva 6. Pajun lehtikarikkeen alkuainehiilen pysyvyyskerroin neljän vuoden aikana, Ruotsin mittausten mukaan (viite: Rytter 2001, 2012, 2015)

 

Rajamäen mallin mukaan kasvatettua hehtaaria kohti kertyy 10 vuodessa yhteensä hiilen nieluvarastoa yhteensä (vesat, kannot, karkeat juuret sekä lehtien ja hienojuurten humus) noin 30 tn C/ha (kuva 7). Hiililuku sisältää toisen kiertoajan vesat; ensimmäisen kiertoajan vesat on hehtaarilta korjattu vuonna kolme.

Lyhytkiertometsät kasvattavat nopeasti verraten vahvan alkuainehiilen nieluvaraston. Esimerkiksi Suomen pitkäikäisten nielumetsien (pinta-alaltaan yhteensä 22,7 milj. ha) hiililuku (rungot, oksat, lehvästö, karkeat juuret – ei hienojuuria) on tänään luokkaa 40 tn C/ha.


Kuva 7. Rajamäen mallin hiililuku, tonnia alkuainehiiltä hehtaarilla

 

Rajamäen mallin mukaan kasvatettua hehtaaria kohti päätyy vuotuinen hiilen nieluvirta tasolle 4 tn C/ha/v (kuva 8), eli 4000 kg C/ha/v. Vertailuksi: Suomen nielumetsiin (22,7 milj. ha) vuonna 2021 päätyvä hiilen nieluvirta on tänään luokkaa 0,53 tn C/ha/v.

 


Kuva 8. Rajamäen mallin hiilen laaja nieluvirta, tonnia alkuainehiiltä vuodessa hehtaarille (vesat, lehtikarike, karkeat juuret, hienojuuret).

 

Viljelypajun mukaisilla mittauksilla ja laskennalla on mahdollinen mallittaa hiililukua ja hiilen nieluvirtaa myös muille puulajeille, esimerkiksi hieskoivulle (kiertoaika 20–30 vuotta) ja havupuille (kiertoaika 70–100 vuotta). Mallitus on mahdollista tehdä myös yksivuotisille peltokasveille, esimerkiksi kuituhampulle, kun biomassa mitataan (kuvan 3 mukaan) kasvukauden ajan riittävän usein, esimerkiksi viikon välein.

 

Viitteitä:

(1) Hytönen, J. 1985. Teollisuuslietteellä lannoitetun vesipajun lehdetön maanpäällinen biomassatuotos. Folia For. 614:1-16.
(2) Hytönen, J. 1995. Ten-year biomass production and stand structure of Salix ”Aquatica” energy forest plantation in Southern Finland. Biomass and Bioenergy 8(2):63-71.
(3) Rytter, R. 2001. Biomass production and allocation, including fine-root turnover, and annual N uptake in lysimeter-grown basket willows. For Ecol. Manage 140:177-192.
(4) Rytter, R. 2012. The potential of willow and poplar plantations as carbon sinks in Sweden. Biomass and Bioenergy 36:86-95.
(5) Rytter, R., Rytter, L. & Högbom, L. 2015. Carbon sequestration in willow (Salix spp.) plantations on former arable land estimated by repeated field sampling and C budget calculation. Biomass and Bioenergy 83:483-492.

 

+6
Veli Pohjonen
Sitoutumaton Kuusamo

Kirjoittaja on Helsingin yliopiston agronomi (1972), maatalous-
ja metsätieteiden tohtori (1975) sekä metsänhoitotieteen dosentti (1989). Hän toimi professorina Joensuun yliopistossa 1990-1999. Hän kirjoittaa maa- ja metsätaloudesta, laajemmin biotaloudesta, sekä Suomen että kehitysmaiden näkökulmasta.

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu