Carbon storage of Finnish agricultural mineral soils and its long-term change

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0149-5
Julkaisun nimi: Carbon storage of Finnish agricultural mineral soils and its long-term change
Tekijä: Heikkinen, Jaakko
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, maataloustieteiden laitos
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Carbon (C) that is stored in soils is the principal terrestrial C pool. The soil stores twice as much C compared to that which is stored in the atmosphere. Therefore, even a slight change in soil C stock can have a huge effect on atmospheric carbon dioxide concentration and global climate. Agricultural soils play a key role in this system: they cover about 38% of the land area world-wide and are intensively managed. The soil C also greatly contributes to sustainable food production as soil organic matter is to large extent made of C. The aim of the research carried out for this thesis was to determine the nationwide soil C stock in Finnish arable mineral soils, study historic trends of C stock in soils and examine possible factors that affect those trends. Knowing the past can also give us insights into future trends in soil C and its climatic impact. The data presented in this thesis were obtained from the Finnish national soil monitoring network and long-term field trials in Uppsala Sweden and Pushchino Russia. In addition two process-based soil C models, namely: Yasso07 and RothC, were used and their findings were compared with those of long-term field trials. Finnish arable lands were found to be rich in soil C. Mineral soils in Finland store between 41 and 67 Mg C ha-1 (0-15 cm) depending on the management, soil type and region. Nationwide the C stock in arable topsoil is about 117 Tg and although the deeper soils layers are poorly known the total soil C stock in mineral soils of Finland can be estimated to be about 300 Tg. The C stock of mineral arable soils has decreased. The decrease was found to be 0.22 Mg C ha-1 yr-1 (0-15 cm soil layer) according to the national soil inventory network of Finland and 0.29-0.36 Mg C ha-1 yr-1 (0-100 cm soil layer) according to results obtained by the Yasso07 model. The annual C emissions from agricultural mineral soils are about 0.5 Tg, which represents about 2.5% of the total greenhouse gas emissions in Finland. Process based modelling in which the past land use history was taken into account clearly indicated that the nationwide decrease can be linked to the past change in land use from forest to agricultural land, which has created the ongoing soil C loss. Finnish arable lands are relatively young and it is likely that they are still losing the soil C that had been accumulated when these lands were part of boreal forest systems. Likewise the thesis indicates that the soil C loss partly results from the intensification in cultivations that took place in the past decades and that cultivation of annual crops has become more common. Cultivation of annual crops increases the soil disturbance due to tillage and decreases the below-ground C influx into the soil. The composition of litter quality was also shown to have considerable effects on the ease of decomposition of organic matter. Previously, the Yasso07 model had been mainly tested and used in forested soils. Findings in this thesis demonstrate that this model can also be applied to agricultural mineral soils under boreal conditions. The fact that the model works equally well under various environmental conditions indicates that the accumulation of soil C is largely controlled by litter input, climate and litter chemical quality. The comparison between simulations and experimental data obtained from field trials showed that the results of Yasso07 model are comparable with those of the RothC model, which is currently one of the most widely used soil C models for agricultural applications. The decreasing trend of soil C stocks found in this thesis has undesirable ramifications for climate, environment and sustainable food production. The changes in topsoil C might reflect the condition of soil C in deeper soil layers. Therefore, it would be crucial to investigate the storage of deep soil C and the long-term effects of agricultural practices on it.Maaperään on sitoutunut enemmän hiiltä kuin maanpäälliseen kasvillisuuteen. Ilmakehään verrattuna maassa on lähes kaksinkertainen määrä hiiltä. Tästä syystä pienikin muutos maaperän hiilen määrässä voi vaikuttaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen ja siten ilmaston muutokseen. Maatalousmaiden hiili on tärkeässä roolissa, koska lähes 38 % maapallon maa-alasta on peltokäytössä, ja maatalousmailla ihmistoiminnan vaikutus on suurta. Maan eloperäinen aines koostuu pääosin hiilestä, ja siten maaperän hiili luo myös perustan peltoviljelylle ja ruuan tuotannolle. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää Suomalaisiin kivennäismaiden peltoihin varastoituneen hiilen määrä ja siinä tapahtuneet muutokset viimeisten vuosikymmenien aikana. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin muutoksiin johtaneita syitä. Hiilivarastossa tapahtuneiden muutosten ymmärtäminen avaa myös maaperän hiilen tulevaa kehityssuuntaa ja ilmastovaikutusta. Tutkimus perustui valtakunnallisen maaperäseurannan aineistoon sekä Upsalan ja Pushchinon pitkäaikaiskenttäkokeisiin. Lisäksi tutkimuksessa hyödynnettiin kahta maaperän hiilimallia (Yasso07 ja RothC). Tutkimuksen perusteella Suomalaisessa peltomaassa on runsaasti hiiltä. Kivennäismaiden pintakerroksessa (0-15 cm) hiiltä on keskimäärin 41 and 67 Mg C ha-1 riippuen maalajista, viljelykasvista ja alueesta. Valtakunnallisesti kivennäismaiden peltojen pintaosaan on sitoutunut noin 117 Tg hiiltä. Syvempien maakerrosten hiilivarasto on huonosti tunnettu, mutta kokonaishiilivaraston voidaan arvioida olevan noin 300 Tg. Viimeisten vuosikymmenien aikana kivennäismaiden maaperän hiili on vähentynyt peltomailla. Maaperäseurannan perusteella hiiltä on kadonnut kivennäismailta vuosittain 0.22 Mg C ha-1 yr-1 (0-15 cm) ja Yasso07:lla tehdyn mallinnuksen perusteella 0.29-0.36 Mg C ha-1 yr-1(0-100 cm). Suhteessa Suomen kasvihuonekaasupäästöihin mineraalimaiden peltojen osuus päästöistä on tämän tutkimuksen perusteella noin 2.5 %. Tutkimuksen perusteella väheneminen johtuu pääosin pellonraivauksesta, jonka jäljiltä on edelleen päästövelkaa. Suomalaiset peltomaat ovat suhteellisen nuoria ja siten pelloilla havaittava hiilen väheneminen johtuu metsävaiheessa, ennen pellonraivausta, kertyneen hiilen hajoamisesta. Osaltaan väheneminen on aiheutunut viljelystoimien voimaperäistymisestä ja yksivuotisten kasvien viljelyn yleistymisestä. Yksivuotisten viljelyssä maata muokataan säännöllisesti mikä rikkoo maan hiiltä sitovaa mururakennetta. Lisäksi maanalainen hiilisyöte on yksivuotisilla kasveilla pienempi kuin nurmilla. Karikkeen laadulla on tutkimuksen perusteella suuri vaikutus karikkeen hajoamisnopeuteen ja siten maahan kertyvän hiilen määrään. Ennen tätä tutkimusta Yasso07 maaperän hiilimallia on testattu ja käytetty pääasiassa metsämailla. Tämän tutkimuksen perusteella malli toimii myös boreaalisilla maatalousmailla. Mallin toimivuus erilaisissa ympäristöissä viittaa siihen että maaperän hiilen määrää säätelee pääosin maahan päätyvä eloperäisen aineksen määrä sekä ilmastosta ja eloperäisen aineksen laadusta riippuva aineksen hajoamisnopeus. Maankäytön muutosta mallinnettaessa Yasso07 tulokset olivat yhteneväiset RothC:n kanssa, joka on käytetyimpiä hiilimalleja maatalousmailla. Havaittu hiilen määrän laskeva suuntaus on epäedullista niin ilmaston, ympäristön että kestävän ruuantuotannon kannalta. Pintamaassa tapahtuvat muutokset mahdollisesti heijastelevat syvemmissäkin maakerroksissa tapahtuvia muutoksia. Erityisesti ilmastovaikutusten näkökulmasta olisikin tärkeää saada tietoa syvien maakerrosten hiilivarastosta ja maanviljelyn pitkäaikaista vaikutuksista siihen.
URI: URN:ISBN:978-951-51-0149-5
http://hdl.handle.net/10138/160237
Päiväys: 2016-03-11
Avainsanat: agroekologia
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
CARBONST.pdf 633.6KB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot