Viljelytoimenpiteiden aiheuttamia muutoksia maaperän hiilipitoisuudessa tai hiilivarastossa on vaikea todentaa maanäytteistä tehtävien mittausten avulla. Haasteelliseksi muutosten todentamisen tekee suuri paikallinen vaihtelu maan hiilipitoisuudessa ja muutosten pienuus suhteessa maan hiilivaraston kokoon. Suomalaisen kivennäismaapellon pintakerroksessa (0–15 cm) on hiiltä keskimäärin n. 40–70 tonnia hehtaarilla, kun taas vuosittaisten hiilivaraston muutosten suuruusluokka on tyypillisesti muutamia satoja kiloja hehtaaria kohti. Maan kokonaishiilipitoisuuden määrittämisen sijasta muutoksiin voidaan päästä paremmin kiinni tarkastelemalla toiminnallisesti erilaisia hiilifraktioita. Esiintymismuotojen selvittäminen auttaa myös arvioimaan hiilen pysyvyyttä pellon muuttuvissa olosuhteissa.
Riikka Keskinen ja Helena Soinne ovat käynnistäneet Luonnonvarakeskuksen laboratoriossa Jokioisilla koesarjan, jossa pureudutaan kivennäismaan hiilensidontamekanismeihin. Tarkastelussa ovat hiilivaraston pysyvyys eri maalajeilla sekä maankäytön muutoksen ja erilaisten maanparannusaineiden vaikutukset hiilivarastoon.
Vapaa partikkelimuotoinen ja mineraalipinnoille sitoutunut hiili
Orgaaninen aines ja sen sisältämä hiili voivat esiintyä maassa vapaina partikkeleina tai mineraaliainekseen liittyneenä. Vapaa hiili, josta käytetään yleisesti lyhennettä POC (particulate organic carbon), on altis mikrobiologiselle hajoamiselle, mutta voi jossain määrin suojautua mineraaliaineksen muodostamien murujen sisälle. Mineraaliaineksen pinnoille sitoutunut orgaaninen hiili, josta käytetään lyhennettä MOC (mineral associated organic carbon) on sidosten ansiosta paremmin suojassa mikrobeilta ja siten lähtökohtaisesti pysyvämpää.
Näiden POC ja MOC fraktioiden erottamiseksi maa dispergoidaan eli maan rakenne hajotetaan ja partikkelit erotellaan toisistaan.
Dispergoitu maa-aines jaotellaan eri kokoluokkiin märkäseulonnalla ja kokoluokat edelleen kevyeen (POC) ja raskaaseen (MOC) jakeeseen tiheyden mukaan. HiiletIn-hankkeessa on päädytty testausten jälkeen jaottelemaan maa-aines kokoluokkiin 0,25–2 mm, 0,063–0,25 mm ja alle 0,063 mm. Kaksi ensimmäistä kokoluokkaa jaotellaan edelleen 1,8 g / cm3 tiheyteen säädetyssä polytungstaattiliuoksessa. Kelluvat jakeet edustavat POC-fraktiota ja pohjalle painuvat MOC-fraktiota. Hienoimman < 0,063 mm:n aineksen sisältämän hiilen oletetaan olevan kokonaan MOC-muotoista.
Kuva 1. Maanäytteen märkäseulonta
Kuva 2. Tiheyseroteltu POC-fraktio suodatinkalvolla
Kuva 3. Kuivattua maan hienoainesta (< 0,063 mm)
Fraktiointimenetelmällä maanparannuskuitulisäys näkyviin
Fraktioinnin tehokkuutta maan hiilipitoisuuden muutosten havainnoinnissa testattiin tutkimalla näytteitä kahdelta kenttäkokeelta, joissa oli käytetty maanparannuskuituja. Jokioisilla kuitua oli levitetty kahdesti savimaalle ja Maaningalla kertaluontoisesti karkealle kivennäismaalle. Tutkimuksessa verrattiin kuitulisän saaneita koeruutuja kuitulisättömiin kontrolliruutuihin ja tutkittiin mistä jakeesta kuidun mukana maahan lisättyä hiiltä löytyy.
Molemmilla paikkakunnilla kuitulisäys näkyi POC-fraktioiden kasvuna, eli lisätty maanparannuskuitu lisäsi partikkelimaisen vapaan hiilen pitoisuutta maassa. Myös kahden pienimmän kokoluokan MOC-fraktioissa näkyi viitteitä pienestä kuidun tuomasta lisästä Jokioisten savimaalla. Näin ollen kuitulisä voisi kasvattaa myös mineraalipinnoilla mikrobihajotukselta suojassa olevan, pysyvän hiilen määrää.
Samaa hiilen fraktiointia toiminnallisesti erilaisiin jakeisiin tullaan käyttämään HiiletIn-hankkeessa erilaisten maanparannusaineiden ja viljelytoimien aikaansaamien muutosten havainnointiin ja edelleen maanparannusaineiden vaikutusmekanismien sekä lisätyn hiilen pysyvyyden arviointiin.
Kuva 4. Maan eri kokoluokkien ja tiheysfraktioiden sisältämä vapaana esiintyvän (POC) ja mineraaliaineksen pinnoille kiinnittyneen (MOC) hiilen määrä Jokioisten ja Maaningan kenttäkokeissa maanparannuskuitua saaneissa ja kuiduttomissa ruuduissa.
