Biohiilellä tiedetään olevan useita hyötyjä, se on todettu muun muassa lisäävän maaperän huokoisuutta, joka parantaa maan vedenpidätyskykyä, estävän ravinteiden huuhtoutumista, joka taas voi edistää kasvien ravinteiden ottoa sekä sadon tuottavuutta. Biohiili lisää myös maan orgaanisen hiilen pitoisuutta ja toimii samalla hiilensitojana. Sen on todettu vaikuttavan positiivisesti maan rakenteeseen estäen maan tiivistymistä. Biohiilen on todettu myös nostavan maan pH:ta ja parantavan maan puskurikykyä pH:n muutoksille sekä lisäävän maan kationinvaihtokapasiteettia, eli parantavan maan kykyä sitoa ja vapauttaa ravinteita. Biohiililisäys maaperään edistää myös hyödyllisten mikrobien toimintaa tarjoamalla niille kiinnittymispintoja ja tehostaen ravinteiden saatavuutta. Biohiili voi myös sitoa itseensä raskasmetalleja ja muita epäpuhtauksia maaperästä, lisäksi sen on todettu vähentävän maaperän metaani ja dityppioksidi päästöjä. Biohiilen lisäyksen hyödyt ovat kuitenkin hyvin tapauskohtaisia, sillä biohiilen vaikutus riippuu useasta tekijästä, kuten biohiilen tuotantoon käytetystä raaka-aineesta, tuotantomenetelmästä, biohiilen käyttömäärästä sekä maaperän ominaisuuksista ja näiden tekijöiden yhteisvaikutuksesta. (Kabir, Kim & Kwon, 2023)
BioBoost-hankkeessa perustettiin monivuotinen peltopilotointi biohiilillä kesällä 2025. Peltopilotoinnin tarkoituksena on tutkia biohiilten vaikutusta tutkittavaan kasviin, englanninraiheinään sekä maaperään.
Jatkuvatoiminen biomassareaktori biohiilen tuotannossa
Biochar Pilot Reactor -hankekokonaisuudessa rakennetulla ja käyttöönotetulla jatkuvatoimisella biomassareaktorilla tuotettiin BioBoost-hankkeessa biohiiltä sekapuu hakkeesta peltopilotointia varten. Jatkuvatoimisen termokemiallisen biomassareaktorin toiminta perustuu hitaaseen pyrolyysiin, jossa käsiteltävää orgaanista massaa kuumennetaan hitaasti hapettomassa tai lähes hapettomassa tilassa noin 400–600 °C:seen. Prosessin lopputuotteena muodostuu biohiiltä sekä tisleitä.
Peltopilotoinnissa tutkittavina biohiilinä käytettiin hankkeessa valmistettua sekapuubiohiiltä sekä kaupallista kuusibiohiiltä. Alla taulukossa 1, biohiilten hiilen (C) ja pääravinteiden (N, P, K) pitoisuudet.
Taulukko 1. Biohiilten hiilen (C) ja pääravinteiden (N, P, K) pitoisuudet.
| Alkuaine | Kuusibiohiili | Sekapuubiohiili |
| Hiili, C | 87 % | 86 % |
| Typpi, N | 0,15 % | 0,12 % |
| Fosfori, P | 0,04 % | 0,08 % |
| Kalium, K | 0,24 % | 0,57 % |
Peltopilotoinnin lähtökohdat ja koeasetelma
Tarkoituksena monivuotisessa kokeessa on tutkia biohiilten kykyä toimia maanparannusaineena ravinteiden- ja vedenpidättäjänä ja näin estää ravinteiden huuhtoutuminen pois kasvualustasta ja mahdollistaa kasveille näiden kasvun kannalta tärkeiden elementtien saatavuus tasaisesti. Lisäksi tarkoituksena oli tutkia edistävätkö biohiilet kasvien kasvua verrattuna kontrolliin sekä verrata kokeessa käytettyjä biohiiliä keskenään kasvien tuorepainon, kasvinäytteiden ja maaperänäytteiden perusteella.
Keväällä otetun maaperänäytteen mukaan peltopilotoinnin maaperä oli multamaata, joka lukeutuu eloperäisiin maihin ja maaperän pH oli 5,5. Ruudut kalkittiin ennen kylvöä kalkitusoppaan mukaisesti. Peltopilotoinnin yhteydessä haluttiin testata biohiilten lataamista ravinteilla ennen peltoon levittämistä. Lataamisella tarkoitetaan ravinteiden imeyttämistä biohiileen. Tutkittavien biohiilten lataus tehtiin liuottamalla väkilannoitetta (Yara Mila Y5) veteen, johon biohiilet lisättiin. Biohiilten annettiin olla ravinneliuoksessa viikonlopun yli, jonka aikana ravinteiden toivottiin imeytyvän liuoksesta biohiiliin. Käytettävän väkilannoitteen määrä laskettiin maaperän viljavuuden mukaan. Ravinteita ei juurikaan imeytynyt lataamisessa biohiiliin, (kuusibiohiili N: 0,26 %, K: 0,30 %, P: 0,09 %, sekapuubiohiili N: 0,40 %, K: 0,57 %, P: 0,15 %). Joten lataamisesta ylijäänyt ravinneliuos otettiin talteen ja ruudut kasteltiin sillä tasaisesti kylvön yhteydessä, jolloin liuokseen jääneet ravinteet saatiin kasvien käyttöön. Kontrolliruudut lannoitettiin samalla väkilannoitteella, samalla annostuksella, levittämällä lannoite peltoon rakeena ja kastelemalla ruudut, jotta rakeet alkoivat liueta heti maahan.
Peltopilotointi perustettiin 19.6.2025 Kuikkalahti Dairyn pellolle. Monivuotisessa peltopilotoinnissa tutkittiin kahta erilaista biohiiltä, molempia biohiiliä lisättiin 5 v-% 1 m2 koeruutuun. Koeruudun tilavuutena käytettiin 100 l, jolloin molempia biohiiliä lisättiin 5 l/ruutu, kiloina lisäys vastasi sekapuubiohiilen kohdalla 1,09 kg/ruutu ja kuusibiohiilen kohdalla 0,95 kg/ruutu. Lisäyksen jälkeen biohiilet käännettiin maahan lapion ja rautaharavan avulla. Näiden lisäksi kontrollina käytettiin ruutuja, joihin ei ole levitetty biohiiltä. Koeruutuja tuli 4 / sarja eli yhteensä 12 kappaletta (kuva 1). Koekasvina käytettiin monivuotista englanninraiheinää, jota kylvettiin peltosuosituksen mukaisesti. Satoja kesällä 2025 kerättiin yksi (kuva 2) ja ruuduista otettiin neljän rinnakkaisen ruudun kokoomanäytteet viljavuusanalyyseihin.
Biohiilten vaikutus tutkittavaan kasviin ja maaperään yhden kasvukauden aikana
Kerätyn sadon tuore- ja kuivapainoista nähdään (kuva 3), että biohiiliä sisältävien koeruutujen sato oli selkeästi suurempi, kuin kontrolliruutujen. Sekapuubiohiilen sekä kuusibiohiilen välillä ei ollut suurta eroavaisuutta sadon tuore- ja kuivapainoja tarkasteltaessa. Suurin sato saatiin kuitenkin kuusibiohiiltä sisältävistä koeruuduista. Tuloksista on myös huomattavissa se, että satojen keskihajonta sarjan rinnakkaisten ruutujen välillä oli melko suurta etenkin kontrollin ja kuusibiohiilen kohdalla.
Kesän lopuksi otettujen maanäytteiden tuloksia tarkasteltaessa taulukosta 2 nähdään, että biohiilten lisäyksellä ei ollut vaikutusta maalajiin, sillä maaperä säilyi maalajiltaan multamaana/metsäsaraturpeena (Mm/LCt). Multamaata kuivaillaan kuohkeaksi, tummaksi ja hyväksi viljelysmaaksi ja metsäsaraturvetta kokonaistyppimäärältään korkeaksi. Biohiilten lisäyksellä ei myöskään ollut vaikutusta maaperän happamuuteen, sillä pH säilyi samalla tasolla verrattuna kontrolliin. pH olikin kaikissa sarjoissa kasvien viljelyyn todetulla optimaalisella pH 6,0–6,5 tasolla ja viljavuudeltaan sarjojen pH oli multamaita tarkasteltaessa hyvällä tasolla. Biohiililisäys ei merkittävästi vaikuttanut maaperän johtolukuun, sillä se säilyi lähes vastaavalla tasolla, kuin kontrollissa. Johtoluku kuvaa maan vesiliukoistensuolojen pitoisuutta, tavallisissa peltomaissa johtoluku on alle 2,5. Myöskään kationinvaihtokapasiteetti (KVK) ei muuttunut biohiililisäysten myötä, vaan se säilyi lähes samalla tasolla, kuin kontrollissa. KVK kuvaa maan ravinteikkuutta ja voidaan sanoa, että mitä korkeampi KVK-arvo on, sitä ravinteikkaampaa maa on. Eloperäisillämailla tai savimailla KVK-arvo voi olla 20–100 cmol/kg. Maanäytteiden hiilipitoisuuksia tarkasteltaessa huomataan, että biohiilen lisäys hieman laski maaperän epäorgaanisen hiilen pitoisuutta (TIC) ja hieman nosti orgaanisen hiilen pitoisuutta (TOC).
Pää- ja sivuravinteiden pitoisuuksia tarkasteltaessa huomataan, että biohiilen lisäys ei merkittävästi vaikuttanut maaperän pää- ja sivuravinteiden pitoisuuteen verrattuna kontrolliin. Pää- ja sivuravinteiden pitoisuudet maaperässä pysyivät molempien biohiilten kohdalla hyvinkin vastaavalla tasolla, kuin kontrolliruuduissa. Tämä on huomattavissa siitä, että viljavuudeltaan pää- ja sivuravinteiden osalta pitoisuudet olivat samalla tasolla molempien biohiilten kohdalla, kuin kontrollissa.
Peltopilotoinnin tarkoituksena on selvittää mm. edistääkö biohiili kasvien ravinteiden ottoa tai ravinteiden saatavuutta sen maan rakennetta parantavan vaikutuksen myötä. Kasvinäytetuloksista taulukosta 3 huomataan, että pääravinteiden osalta typen pitoisuus laski kasvinäytteissä hieman molempien biohiilten lisäysten myötä, mikä viittaisi siihen, että typen saatavuus kasveille tai otto heikentyi verrattuna kontrolliin. Kaliuminpitoisuus taas kasvoi selvästi molempien biohiilten lisäyksen seurauksena, tästä taas voidaan päätellä, että biohiilten lisäys maahan lisäsi kaliumin saatavuutta tai tehosti kaliumin ottoa verrattaessa tuloksia kontrolliin. Fosforin kohdalla pitoisuudet pysyivät lähes muuttumattomana molempien biohiilten kohdalla, joten biohiilellä ei ollut vaikutusta kasvien fosforin ottoon tai saatavuuteen verrattuna kontrolliin.
Sivu- ja hivenravinteista kalsiumin ja magnesiumin pitoisuudet laskivat hieman, joka todennäköisesti oli seurausta kaliumin lisääntyneestä otosta, joka heikentää kalsiumin ja magnesiumin ottoa. Mangaanin pitoisuus taas nousi hieman molempien biohiilten kohdalla, joka viittaisi siihen, että biohiililisäys paransi kasvien mangaanin ottoa tai saatavuutta. Myös boorin pitoisuus nousi hieman biohiilten lisäysten myötä, mikä viittaa suurempaan saatavuuteen tai tehostuneeseen ottoon verrattuna kontrolliin. Kuparin ja sinkin pitoisuudet eivät juurikaan muuttuneet biohiililisäysten myötä verrattuna kontrolliin, biohiililisäys ei siis lisännyt kuparin tai sinkin ottoa tai saatavuutta. Rikin kohdalla pitoisuus taas nousi hieman, etenkin sekapuubiohiilellä verrattuna kontrolliin, joka jälleen viittaa siihen, että biohiililisäys paransi rikin ottoa ja saatavuutta.
Kaikkien pää-, sivu- ja hivenravinteiden pitoisuudet kasvinäytteissä, kontrollin ja molempien biohiililisäysten kohdalla olivat kuitenkin keskiarvoisten kasvien kasvun kannalta riittäväksi todettujen pitoisuuksien yläpuolella, jotka toki hieman vaihtelevat muun muassa eri kasvilajien ja kasvin iän mukaan (Marschner, 2012).
Taulukko 3. Kasvinäytteiden alkuaineiden pitoisuudet, yksikössä mg/kg ka.
| Tutkimus | Kontrolli | Sekapuu | Kuusi | Keskiarvoinen kasvien kasvun kannalta riittäväksi todettu pitoisuus kasveissa mg/kg ka. (Marschner, 2012) |
| Kok. N | 27 200 | 23 100 | 21 500 | 15 000 |
| Ca | 6 782 | 6 564 | 5 971 | 5 000 |
| K | 14 945 | 22 248 | 20 675 | 10 000 |
| P | 3 792 | 3 880 | 3 822 | 2 000 |
| Mg | 3 980 | 3 614 | 3 502 | 2 000 |
| Cu | 13 | 11 | 11 | 6 |
| Mn | 113 | 139 | 135 | 50 |
| Zn | 37 | 34 | 36 | 20 |
| B | 21 | 32 | 31 | 20 |
| S | 5 026 | 5 632 | 5 171 | 1 000 |
Yhteenveto kesän 2025 tuloksista
Kesän 2025 tulosten perusteella suurin sato saatiin kuusibiohiiltä sisältävistä koeruuduista. Sekapuubiohiilen sekä kuusibiohiilen välillä ei ollut kuitenkaan suurta eroavaisuutta sadon tuore- ja kuivapainoja tarkasteltaessa. Tuloksista on myös huomattavissa se, että satojen keskihajonta sarjan rinnakkaisten ruutujen välillä oli melko suurta etenkin kontrollin ja kuusibiohiilen kohdalla. Keskihajonta saattoi johtua siitä, ettei peltomaa ollut täysin tasalaatuista rinnakkaisten ruutujen kohdalla sekä haastavista kasvuolosuhteista, kuten kuivuudesta sekä sateisimmista ajanjaksoista, jolloin pellolla seisoi vettä.
Biohiilet ei itsessään sisällä juurikaan ravinteita, joten niiden sadon tuottoa parantava vaikutus perustuu maan rakennetta parantavaan vaikutukseen ennemmin kuin lannoittavaan vaikutukseen. Tätä johtopäätöstä tukee myös se, että biohiilten lisääminen maahan ei muuttanut maaperän viljavuutta ravinteiden osalta verrattuna kontrolliin. Biohiilten lisäyksellä ei myöskään ollut juurikaan vaikutusta maan pH tasoon, johtolukuun tai kationinvaihtokapasiteettiin. Kasvinäytteistä oli taas huomattavissa se, että biohiilten lisäys maaperään paransi kaliumin, mangaanin, boorin ja rikin saatavuutta tai ottoa. Kun taas typen, magnesiumin ja kalsiumin otto tai saatavuus heikkeni biohiililisäyksen myötä. Fosforin, kuparin ja sinkin pitoisuuteen biohiililisäyksillä ei juurikaan ollut vaikutusta. Biohiilten välillä ei juurikaan ollut kuitenkaan erovaisuutta maa- ja kasvinäytetuloksia tarkasteltaessa. Koetta tullaan jatkamaan seuraavina vuosina, jotta biohiilten vaikutus maaperään ja sitä kautta kasvien kasvuun saataisiin esiin pidemmällä aikavälillä.
BioBoost – Pohjois-Savon biotalouteen boostia -hanke on EU:n osarahoittama (JTF-rahoitus), jonka rahoittavana viranomaisena toimii Pohjois-Savon liitto. Hankkeen toteuttajia ovat Savonia-ammattikorkeakoulu sekä Itä-Suomen yliopisto.
Lähteet:
Eurofins. 2017. Viljavuustutkimuksen tulkinta. https://cdnmedia.eurofins.com/european-east/media/1818630/viljavuustutkimuksentulkinta2017teroprint.pdf
Kabir, E., Kim, K-H. & Kwon, E. E. 2023. Biochar as a tool for the improvement of soil and environment. Frontiers in Environmental Science. Volume 11–2023. doi:10.3389/fenvs.2023.1324533.
Marschner, P. 2012. Marschner’s mineral nutrition of higher plants (3rd ed.). Academic Press.
Kirjoittajat:
Eevi Minkkinen, tutkimusinsinööri, Savonia-ammattikorkeakoulu
Tiina Kemppainen, tekninen asiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu
Elisa Saari, testausinsinööri, Savonia-ammattikorkeakoulu
Miika Virtanen, projektiasiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu