Biohiili maanparannusaineena – mitä biohiili on ja miten se voi vakauttaa ravinteita
Biohiili on sana, jota kuulee maanviljelyn yhteydessä yhä useammin. Biohiileen liittyen puhutaan sekä ravinteiden tehokkaammasta hyödyntämisestä, maan kasvukunnosta että hiilensidonnasta. Mutta mitä biohiili oikeastaan on, miten se toimii ja milloin siitä voi olla hyötyä viljelyssä?
Käydään läpi perusteet.
Mitä biohiili on?
Biohiili on hiiltynyttä orgaanista ainesta, joka syntyy, kun biomassaa – esimerkiksi puuhaketta, olkea tai muuta kasviperäistä tai orgaanista sivuvirtaa – kuumennetaan hapettomassa tai vähähappisessa tilassa. Tätä prosessia kutsutaan pyrolyysiksi.
Pyrolyysissä biomassan helposti hajoavat yhdisteet muuttuvat suurelta osin kaasuiksi ja nesteiksi, samalla kun osa hiilestä jää jäljelle kiinteään, hiilipitoiseen muotoon. Lopputuloksena syntyy huokoista materiaalia, jonka rakenteessa on suuri määrä mikro- ja mesohuokosia.
Juuri tämä huokoinen rakenne on yksi biohiilen kiinnostavimmista ominaisuuksista. Biohiilen suuri ominaispinta-ala tarjoaa runsaasti pintoja, joihin vettä, ravinteita ja erilaisia yhdisteitä voi pidättyä.
Biohiili ei kuitenkaan ole yksi ja sama materiaali. Sen ominaisuudet vaihtelevat ja riippuvat muun muassa käytetystä biomassasta, pyrolyysilämpötilasta ja -prosessista sekä siitä, miten biohiiltä on käsitelty pyrolyysin jälkeen. Siksi myös eri biohiilien vaikutukset maaperässä voivat olla hyvin erilaisia.
Biohiili ei ole sama asia kuin lannoite
Biohiiltä kannattaa ajatella ensisijaisesti maanparannusaineena ja ravinteiden hallintaa tukevana materiaalina, ei automaattisesti lannoitteena.
Esimerkiksi puupohjainen biohiili sisältää yleensä melko vähän kasveille nopeasti käyttökelpoisia ravinteita. Sen sijaan esimerkiksi lannasta tai muusta ravinteikkaasta biomassasta valmistettu biohiili voi sisältää huomattavia määriä fosforia, kaliumia ja muita ravinteita.
Biohiilen mahdollinen hyöty voi perustua ennen kaikkea siihen, että se muuttaa ravinteiden käyttäytymistä maaperässä ja orgaanisissa lannoitteissa – ei siihen, että biohiili itsessään toimittaisi kasville suuria määriä ravinteita.
Miten biohiili voi vaikuttaa ravinteiden käyttäytymiseen?
Biohiilen vaikutukset ravinteisiin perustuvat useisiin toisiinsa liittyviin mekanismeihin. Kaikki mekanismit eivät kuitenkaan ole yhtä merkittäviä kaikilla biohiilillä tai kaikissa maaperissä.
Suuri pinta-ala ja adsorptiokyky
Biohiilen huokoinen rakenne ja kemialliset ominaisuudet voivat mahdollistaa ravinneionien ja muiden yhdisteiden pidättymisen biohiilen pinnalle ja huokosiin.
Erityisesti ammoniumtyppi (NH₄⁺) voi pidättyä biohiileen. Myös esimerkiksi kaliumin ja joidenkin fosforiyhdisteiden käyttäytymiseen biohiili voi vaikuttaa, mutta mekanismit ja vaikutuksen suuruus vaihtelevat huomattavasti biohiilen ominaisuuksien ja ympäristön mukaan.
On hyvä huomata, että ravinteen pidättyminen ei automaattisesti tarkoita, että ravinne olisi myöhemmin kasvin käytettävissä. Olennaista on tasapaino pidättymisen ja vapautumisen välillä: ravinteiden pitäisi pysyä järjestelmässä huuhtoutumatta pois, mutta samalla niiden pitäisi olla kasvien ja mikrobien saatavilla silloin, kun niitä tarvitaan.
Kationinvaihtokapasiteetti eli CEC
Biohiilen kationinvaihtokapasiteetti (CEC) kertoo sen kyvystä pidättää positiivisesti varautuneita ioneja.
Biohiilen CEC vaihtelee huomattavasti raaka-aineen ja valmistusolosuhteiden mukaan. Sen pinnalla voi olla negatiivisesti varautuneita kohtia, jotka pidättävät esimerkiksi ammoniumia (NH₄⁺), kaliumia (K⁺), kalsiumia (Ca²⁺) ja magnesiumia (Mg²⁺).
Biohiilen ominaisuudet voivat myös muuttua maaperässä ajan myötä. Esimerkiksi biohiilen pinnan hapettuminen voi lisätä sen negatiivista pintavarausta ja siten myös kationinvaihtokapasiteettia. Tämän vuoksi biohiili ei välttämättä toimi maaperässä täsmälleen samalla tavalla heti levityksen jälkeen kuin vuosien kuluttua.
Ammoniakkihaihtumisen mahdollinen vähentäminen
Biohiilen käyttöä on tutkittu myös erityisesti lannan ja muiden orgaanisten materiaalien typen hallinnassa.
Biohiilen lisääminen lantaan tai kuivikkeeseen voi joissakin olosuhteissa vähentää typen hävikkiä. Yksi mahdollinen mekanismi on ammoniumtypen pidättyminen biohiileen. Lisäksi biohiili voi vaikuttaa ammoniumin ja ammoniakin väliseen tasapainoon.
Vaikutus ei kuitenkaan ole automaattinen. Ammoniakkihaihtumiseen vaikuttavat muun muassa pH, lämpötila, kosteus, lannan koostumus sekä käytetyn biohiilen ominaisuudet. Erityisesti biohiilen emäksisyys on tärkeä huomioitava tekijä, sillä korkeampi pH voi myös lisätä ammoniakin muodostumista.
Siksi ei ole perusteltua sanoa, että biohiilen lisääminen lantaan aina vähentäisi ammoniakkihaihtumia. Oikeissa olosuhteissa se voi kuitenkin olla yksi keino parantaa typen talteenottoa ja vähentää ravinnehävikkiä.
Vaikutus fosforiin ja kaliumiin
Biohiili voi vaikuttaa myös fosforin ja kaliumin käyttäytymiseen, mutta näiden ravinteiden kohdalla vaikutukset ovat erityisen riippuvaisia käytetystä biohiilestä.
Esimerkiksi ravinteikkaista raaka-aineista valmistetut biohiilet voivat itsessään sisältää merkittäviä määriä fosforia ja kaliumia. Toisaalta biohiilen pinnat ja mineraalikoostumus voivat vaikuttaa siihen, kuinka helposti nämä ravinteet liukenevat ja ovat kasvien käytettävissä. Siksi biohiilen kokonaisravinnepitoisuus ei yksin kerro, kuinka paljon ravinteista kasvi pystyy hyödyntämään. Myös ravinteiden liukoisuus ja vapautumisnopeus ovat tärkeitä.
Biohiili voi vaikuttaa myös maan pH:hon
Monet biohiilet ovat emäksisiä ja voivat siten nostaa happaman maan pH:ta. Vaikutuksen suuruus riippuu muun muassa biohiilen raaka-aineesta, valmistusolosuhteista, käyttömäärästä ja lähtömaan pH:sta. pH:n muutos voi puolestaan vaikuttaa ravinteiden liukoisuuteen, mikrobien toimintaan ja kasvien ravinteiden saatavuuteen.
Tämä on yksi syy siihen, miksi biohiiltä ei kannata ajatella pelkästään "ravinteiden säiliönä". Sen vaikutukset voivat ulottua laajemmin maan kemiallisiin ja biologisiin ominaisuuksiin.
Jos maan pH on jo valmiiksi korkea, voimakkaasti emäksisen biohiilen käyttö voi puolestaan olla huono ratkaisu. Biohiiltä valittaessa on siis tärkeää tarkastella sekä maan lähtötilannetta että käytettävän materiaalin ominaisuuksia.
Biohiilen pitkäikäisyys tekee siitä kiinnostavan myös hiilensidonnassa
Yksi biohiilen erityispiirteistä on sen sisältämän hiilen suhteellisen hidas hajoaminen.
Tuoreessa kasvijätteessä oleva hiili voi hajota mikrobien toiminnan seurauksena suhteellisen nopeasti. Pyrolyysissä osa hiilestä muuttuu kuitenkin kemiallisesti vakaampaan muotoon, joka hajoaa maaperässä huomattavasti hitaammin.
Osa biohiilen hiilestä voi säilyä maaperässä vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja. Pysyvyys ei kuitenkaan ole kaikissa biohiilissä sama, vaan siihen vaikuttavat muun muassa käytetty raaka-aine, pyrolyysiolosuhteet ja biohiilen kemialliset ominaisuudet. Tämän vuoksi biohiili kiinnostaa ravinteiden hallinnan lisäksi myös hiilensidonnan näkökulmasta.
Biohiili voi toimia parhaiten yhdessä ravinteiden kanssa
Käytännössä biohiiltä voidaan käyttää esimerkiksi sekoitettuna kompostiin, lantaan tai muuhun ravinteikkaaseen orgaaniseen materiaaliin. Tällöin biohiili voi toimia eräänlaisena huokoisena rakenteena, johon vettä ja ravinteita voi pidättyä. Biohiili saa samalla itseensä sitoutuneita ravinteita. Tästä käytetään joskus nimitystä biohiilen "lataaminen".
Termi voi olla hyödyllinen käytännön kuvauksena, mutta se ei tarkoita, että biohiilestä tulisi automaattisesti tehokas lannoite. Olennaista on edelleen se, mitä ravinteita biohiileen sitoutuu, kuinka pysyvästi ne pidättyvät ja kuinka hyvin ne ovat myöhemmin kasvien käytettävissä.
Myös kompostointi tai muu orgaanisen materiaalin käsittely yhdessä biohiilen kanssa voi muuttaa biohiilen ominaisuuksia. Siksi "lataaminen" ei ole yksi standardoitu menetelmä, vaan erilaisia käytännön tapoja on useita.
Milloin biohiilestä voi olla hyötyä?
Biohiilen hyöty ei ole samanlainen kaikilla pelloilla. Ennen käyttöä kannattaa tarkastella ainakin maan lähtötilannetta, kuten:
maan pH:ta
rakennetta ja vedenpidätyskykyä
orgaanisen aineksen määrää
ravinnetilannetta
mahdollisia ravinteiden huuhtoutumisriskejä
käytettävissä olevan biohiilen ominaisuuksia ja ravinnepitoisuuksia.
Myös käyttötarkoitus ratkaisee. Jos tavoitteena on esimerkiksi parantaa ravinteiden pidättymistä, hyödyntää orgaanisia sivuvirtoja, lisätä maan hiilivarastoa tai vaikuttaa maan vedenhallintaan, kannattaa valita biohiili ja käyttötapa juuri tämän tavoitteen perusteella.
Biohiili ei siis ole "lisää biohiiltä = parempi maa" -tyyppinen panos. Oikeanlainen biohiili oikeassa paikassa ja oikealla käyttömäärällä voi olla hyödyllinen työkalu, mutta vääränlainen materiaali tai väärä käyttötapa ei välttämättä tuota tavoiteltua hyötyä.
Miten biohiili kannattaa valita?
Biohiiltä hankittaessa kannattaa katsoa tuotteen nimeä pidemmälle. Tärkeitä tietoja ovat esimerkiksi:
Raaka-aine. Mistä biomassasta biohiili on valmistettu? Puupohjainen, olkipohjainen ja lannasta valmistettu biohiili voivat olla ominaisuuksiltaan hyvin erilaisia.
Pyrolyysiolosuhteet. Valmistuslämpötila ja -prosessi vaikuttavat muun muassa biohiilen hiilirakenteeseen, pH:hon, ravinnepitoisuuksiin ja pintakemiaan.
pH ja CEC. Nämä auttavat arvioimaan, miten biohiili voi vaikuttaa maan kemiallisiin ominaisuuksiin ja ravinteiden pidättymiseen.
Ravinnepitoisuudet ja niiden liukoisuus. Kokonaismäärä ei yksin kerro kasveille käyttökelpoisen ravinteen määrää.
Haitta-aineet. Lähtöaineen puhtaus on tärkeää, sillä pyrolyysi ei tee epäpuhtaasta raaka-aineesta automaattisesti maatalouteen sopivaa materiaalia.
Käyttötarkoitus. Sama biohiili ei välttämättä ole paras ratkaisu maanparannukseen, lannan käsittelyyn ja ravinteiden hallintaan.
Biohiili voi tarjota kiinnostavan työkalun tilanteissa, joissa halutaan parantaa ravinteiden pidättymistä, hyödyntää orgaanisia sivuvirtoja, vaikuttaa maan vedenhallintaan tai varastoida hiiltä pitkäkestoisemmin maaperään. Biohiilen vaikutukset eivät kuitenkaan synny pelkästään siitä, että hiiltä lisätään maahan. Olennaista on millaista biohiiltä käytetään, millaiselle maalle, kuinka paljon ja missä muodossa. Siksi laadukkaasta biohiilestä pitäisi olla saatavilla riittävästi tietoa sen ominaisuuksista ja käyttötarkoituksesta.
Parhaimmillaan biohiili ei siis ole vain uusi panos pellolle, vaan osa laajempaa ravinteiden ja orgaanisen aineksen kierron kokonaisuutta.
