Vedelsõnnik

Vedelsõnnik väga oluliseks väetiste allikaks, seda just lämmastiku ja ka kaaliumi osas. Peale selle on vedelsõnnik ka mikroelementide allikas. Selle ressursi efektiivne kasutamine sõltub käitlemise tehnoloogiast.

Seoses vedelsõnnikuhoidlate rajamisega suurte veisefarmide juurde on akuutseks probleemiks tõusnud vedelsõnniku agronoomiliselt efektiivne ja keskkonnahoidlik käitlemine väetisena, eriti toiteelementide kadude vähendamine sõnniku laotamisel.

Toiteelementide kaod vedelsõnnikust

Lämmastik (N)

.. on sõnnikus nii anorgaanilises kui orgaanilises vormis. Taimedele on otseselt kättesaadav mineraalne lämmastik, kuid orgaanilised N-ühendid peavad selleks mullas mineraliseeruma.

Enamasti on põhiliseks lämmastikukaoks ammoniaagi (NH₃) lendumine sõnnikust, mis toimub intensiivselt vedelsõnniku laotamisel mullapinnale (põllukultuurile või rohumaale). Keemiliselt on protsess küllaltki lihtne – looma poolt eritatud karbamiid CO(NH₂)₂ hüdrolüüsub ensüümi ureaasi toimel ammooniumlämmastikuks (NH₄+-N), millest järgnevalt vabaneb lenduv ammoniaak (NH₃). Tavaliselt lendub vedelsõnniku laotamisel rohumaa pinnale 40-50% selles enne laotamist sisaldunud ammooniumlämmastikust (NH₄+-N) ehk ligemale pool taimedele kättesaadavast anorgaanilisest lämmastikust (Mattila, 2006). On tähelepanuväärne, et enamik NH₃ kaost toimub esimese 3-4 tunni jooksul pärast laotamist, järgnevalt jätkub NH₃ lendumine vähemalt 3 ööpäeva jooksul, kuid selle intensiivsus on kuni 10 korda väiksem kui esimestel tundidel pärast laotamist (Viiralt, 2007).

Ammoniaagi lendumine on intensiivsem kõrgema õhutemperatuuri ja tugevama tuule korral. Ka on NH₃ kaod väiksemad madalama kuivainesisaldusega vedelsõnniku puhul, sest lahjem sõnnik imbub kiiremini mulda (kui mulla seisund seda võimaldab), kus ammooniumlämmastik (NH₄+) seotakse mulla poolt ja NH₃ lendumine nõrgeneb. Inglismaal tehtud mõõtmiste põhjal ilmnes järgmine seos: kui vedelsõnnikus oli kuivainet (KA) 3%, lendus ca 20% vedelsõnnikus olnud omastatavast (anorgaanilisest) lämmastikust, KA sisalduse 6% ja 9% korral oli kadu ammoniaagina vastavalt ca 35% ja 50% taimedele kättesaadavast lämmastikust.

Mulda imbunud vedelsõnnikus

… olnud orgaanilised lämmastikuühendid alluvad vastavate bakterite toimel ammonifikatsioonile (tekib NH₄+) ning edasi nitrifikatsioonile (NO₃-). Osa vedelsõnnikus olnud taimsest materjalist jääb mullapinnale ja laguneb seal (tekkinud ammoniaak osalt lendub). Kui mullas on vähe õhku (liigniiskus, kinnitallamine masinatega), võib anaeroobsetes tingimustes toimuda denitrifikatsioon – selle käigus tekkinud lämmastikoksiid (peamiselt N₂O, aga vaheproduktidena ka NO ja NO₂) ning molekulaarne lämmastik (N₂) lenduvad.

Vedelsõnniku laotamisel rohumaa pinnale kõiguvad denitrifikatsioonist põhjustatud lämmastikukaod uurimuste kohaselt 0,1-30% piires, olenevalt ilma- ja mullaoludest. Sügise poole on kaod suuremad kui kevadel, sest kevadel omastavad hoogsalt kasvavad taimed kiiresti mulda tekkinud nitraadid ja võimalikuks denitrifikatsiooniks jääb neid vähem. Sellele vaatamata on denitrifikatsioonikaod 1 kg antud N kohta vedelsõnnikust suuremad kui mineraalsest lämmastikväetisest.

Vedelsõnniku andmisel sügise poole (näiteks talivilja alla või rohumaal pärast 2. niidet) on võimalik ka nitrifikatsioonil tekkinud nitraatide (NO₃-) väljaleostumine mullast, kuid see oht on rohumaal pideva taimkatte tõttu tunduvalt väiksem kui künnimaal. Igal juhul ei tohi kultuure vedelsõnnikuga üle väetada (sealh. ka maisi), vastasel juhul kogunevad sügiseks mulda leostumisele alluvad nitraadid. Mulda kogunevate nitraatide hulk sõltub lahustuva ammooniumlämmastiku (NH₄+) sisaldusest laotatud sõnnikus. Vedelsõnnikus olevast üldlämmastikust (üld-N) on 40-60% lahustuv, tahesõnnikus aga vaid ca 10% (Viiralt, 2007).

Fosfor (P)

.. esineb sõnnikus nii anorgaanilistes kui orgaanilistes ühendites, kuid esimesed on ülekaalus. Fosforiühendite muundumine mullas on keerukas, juhtiv osa on mullamikroobidel. Üldiselt on fosfor mullas väheliikuv ja teda leostub väga vähe. Kui aga vedelsõnniku aastanormid on nii suured, et ületatakse mulla fosfori sidumisvõime, liiguvad orgaanilised lahustuvad P-ühendid läbimärgunud mullas allapoole põhjavette ning jõuavad veekogudesse, kus põhjustavad taimestiku vohamist. Fosfori leke keskkonda võib toimuda ka pindmise äravooluga.

Enamik vedelsõnnikus olevast kaaliumist (K) on vees lahustuv ja seetõttu taimedele omastatav. See kaalium neeldub hästi raskemates muldades, kuid liivmullal on teatud väljauhtumise risk. Kaaliumi kahjulikust mõjust pinna- ja põhjavee kvaliteedile on vähe andmeid. Küll aga on oht kõrreliste rohumaade üleväetamiseks vedelsõnnikuga antava rohke kaaliumiga. Kõrrelised omastavad K liiga suurtes kogustes (kaks korda üle veiste vajaduse) ja seda Mg arvel, mistõttu karjamaal tekib lehmade hüpomagneseemilisse karjamaatetaaniasse* haigestumise oht (Viiralt, 2007).

Teistest toiteelementidest on vedelsõnnikus naatriumi (Na), kaltsiumi (Ca), magneesiumi (Mg), mangaani (Mn) ja väävlit (S).

Tehnoloogilised võimalused toiteelementide kadude vähendamiseks vedelsõnniku käitlemisel

Kõige olulisem on ajastada vedelsõnniku andmise ajad ja annused kasvatatava kultuuri toitainetevajadusega vegetatsiooniperioodil.

Rohumaal on kevadel ja kevadsuvel antud vedelsõnnik olnud suurema efektiivsusega. Vedelsõnniku aastanorm ja korraga antav annus hektari kohta (t/ha) tuleks kindlaks määrata lämmastikusisalduse põhjal nii, et vedelsõnnikuga antav N aastakogus ei ületaks külvikorra keskmisena 170 kg N hektari kohta (Veeseadus, § 26). Orienteeruvalt sisaldab 1 m³ vedelsõnnikut 2-4 kg lämmastikku, seega võiks korraga rohumaale anda 30-50 t/ha. Probleemiks on see, et vedelsõnnikus on P:K suhe liiga lai – 1:5-6, optimaalne on ca 1:2,5. Seega tuleks vedelsõnniku rohkel kasutamisel anda rohumaale täiendavalt mineraalset fosforväetist (Viiralt, 2007).

Viimasel ajal on otsitud teid suurte lämmastikukadude vähendamiseks vedelsõnniku laotamisel. Soomes katsetati rohumaal eelnevalt töötlemata vedelsõnniku 3 laotustehnoloogiat (P. Mattila, 2006): 1) lauslaotamine ühtlaselt kogu pinnale 2) ribalaotus 3) muldaviimine kõrgsurvepumba ja spetsiaalsete pihustitega varustatud laotusseadmega. Veiste vedelsõnniku annuseks oli 44-45 t/ha, milles oli 7,1% kuivainet, 91-95 kg/ha ammooniumlämmastikku (NH₄-N), pH oli 7,1. Kolme ööpäeva jooksul lendus laus- ja ribalaotamisel vastavalt 40% ja 31% sõnnikus olnud ammooniumlämmastikust, vedelsõnniku pritsimisel aga mulda lõigatud ja pärast kinnisurutud piludesse oli NH₄-N kadu vaid 0,4%.

Kui laotati ühtlaselt eelnevalt hoidlas õhustatud (aereeritud) või separeeritud vedelsõnnikut, kus oli kuivainet vastavalt 6,5% ja 4,5%, oli NH₄-N kadu kolme ööpäeva jooksul isegi suurem – vastavalt 59% ja 42%. Seega need võtted end ei õigustanud ja lämmastikukadude (NH₃ lendumine) oluliseks vähendamiseks on vaid üks võimalus – vedelsõnniku muldaviimine rohumaal spetsiaalse laoturiga ning künnimaal mullaharimisega.

* Karjamaatetaania (lihaskramptõbi) all kannatavad eelkõige suure toodanguga lehmad, kes eritavad piimaga rohkesti magneesiumi (Sikk, 2005). Haigus esineb peamiselt varakevadel üleminekul värskele karjamaarohule ilma siirdeperioodita, kuna karjamaarohust omastatud Mg ei kata kõrge piimatoodanguga (30-40 kg/päevas) lehma organismist väljutatud Mg kogust (3,6-4,8 g/päevas). Kui Mg tarvet ei kaeta teiste söötadega, võib lehmal mõne päeva jooksul ilmneda hüpomagneseemia.

Haigestunud loomadel esinevad tetaanilised krambid. Raviks süstitakse loomadele verre Mg-sooli (tavaliselt koos Ca-sooladega). Hüpomagneseemia algfaasis on haigusnähud kergemad: söömus langeb, loomad kõhnuvad, toodang väheneb, kõnnak taaruv, võib esineda lihaste tõmblusi. Hüpomagneseemia teket soodustavad värske rohu suur kaaliumisisladus (ületab lehma päevase K tarbe 3-4 korda), kõrge proteiinisisaldus ning väike kiusisaldus, mis kõik vähendavad Mg imendumist lehma kehas.

Laotustehnoloogia

… mõjutas ka vedelsõnniku efektiivsust, kuna selle muldapritsimisel akumuleerus rohumaa saagis keskmiselt 32-37% sõnnikuga mulda antud ammooniumlämmastikust (NH₄-N), laus- ja ribalaotusel aga 24-30% (töötlemata ja õhustatud vedelsõnnikul 24-25%, separeeritud ehk lahjendatud sõnnikul 30%).

Kuna laotusseadmed vedelsõnniku muldaviimiseks rohumaal on tunduvalt kallimad kui lohisvoolikutega masinad, on vajalikud majanduslikud kalkulatsioonid, kas ammooniumlämmastiku (NH₃-N) lendumiskadude olulisest vähenemisest saadav saagitõus katab kallima seadme hinnavahe. Loomulikult on vedelsõnniku muldaviimine oluliselt keskkonnasõbralikum tehnoloogia võrreldes rohumaa pinnale laotamisega (Viiralt, 2007).

Kasutatud kirjandus:

• Frame, J., Charlton, J.F.L., Laidlaw, A.s. Temporate forage legumes. – CAB International, 1998.- 327 pp.
• Maastik, A. Veekaitse põllumajanduses. Tallinn, 1984. – 296 lk
• Mattila, P. Ammonia emissions from pig and cattle slurry in the field and utilization of slurry nitrogen in crop production. – Doctoral dissertation. Agrifood Research Reports 187, Jokioinen, 2006. – 136 p.
• Sikk, V. 2005. Loomade mineraalne toitumine. Tartu, 224 lk.
• Turbas, E. Tähtsamad lubiväetised. – Taimede toitumise ja väetamise käsiraamat (koostanud Kärblane H), Tallinn, lk.78…86, 1996.
• Viiralt, R. 2007. Heintaimede toitumine. Rohumaaviljeluse, karjakasvatuse ja haljastuse integratsioon. (koost. H. Older). Eesti Rohumaade Ühing 2007

Lisalugemist:

• Viiralt, R. 2011. Keskkonnaohutu väetamine. – Rmt.: Kohalikud söödad (koostaja H. Older), lk. 177-194
• Viiralt, R., Tampere, M., Kauer, K., Parol, A., Raave, H. 2012. Vedelsõnniku kasutamine rohumaade ja põllukultuuride väetamisena ning mõju keskkonnale ja saagi kvaliteedile.-Rmt: Taimekasvatuse areng 2007-2009 ja valdkonna rakendusuuringud, lk.43-59.
• Vedelsõnnik ja mullaharimine. Eesti Taimekasvatuse Instituut, 2012 (pdf)
• Sander Uusmaa. Vedelsõnniku laotustehnioloogiate kulud Sargvere põllumajandusühistu näitel (magistritöö, 2016) 
• Henn Raave. Vedelsõnnik laota sügisel taimkattega põllule (Põllumehe Teataja, oktoober 2020)
• Sõnnikulaotamise tehnoloogiate võrdlev uuring (2016, pdf)

Autor: Are Selge (uuendanud märts 2022), Rein Viiralt (september 2014)

Digestaat

Biogaasi tootmine võimaldab ökoloogiliselt sobival viisil ära kasutada põllumajanduslikke orgaanilisi materjale.

Orgaaniliste materjalide taaskasutamisel (inglise k. – recycling) on majanduse säästvas arengus ja keskkonnakaitses oluline koht. Seetõttu on mitmetes Euroopa maades viimasel 10 aastal tunduvalt suurenenud metaanirikka biogaasi tootmine elektri- ja soojusenergia saamiseks.

Biogaas on orgaanilise aine anaeroobsel käärimisel tekkiv gaas, mis koosneb ca 55-65 mahu-% ulatuses metaanist (CH₄) ja 35-45 mahu-% süsihappegaasist (CO₂). Seega on biogaas üks taastuvenergia kasutusvormidest. Ühe kuupmeetri (m³) biogaasi energiaekvivalent on 0,6 liitrit kütteõli (fuel oil) või 6,36 kWh (Köttner, 2001).

Anaeroobne kääritus biogaasi tootmiseks omab potentsiaali eriti loomakasvatuses,

… kuna seal tekkivad kõrvalproduktid (peamiselt erineva kuivainesisaldusega sõnnik) on käärituseks sobivad ning tulemusena võivad lihtsustada ettevõtte töökorraldust, vähendada kulusid ja anda lisatulu.

Biogaasi tootmine muutus Euroopas aktuaalseks 1980-ndate aastate lõpul, kui seoses ületootmisega ja põllumajanduskvootide kehtestamisega (1984) jäi osa seni loomasööda ja inimtoidu tootmiseks kasutatud maast kasutusest välja (set-aside land). Taolisel maal hakati soodustama energiakultuuride kasvatamist, sh. biogaasi tootmiseks, kas ainult taimsest materjalist või segatuna muude orgaaniliste substraatidega (vedel ja tahke sõnnik, taimsed ja loomsed tootmis- ja olmejäätmed). Tänu intensiivsele uurimistööle 1990.-ndatel aastatel on biogaasi praktilisel kasutamisel praeguseks kaugemale jõutud Saksamaal, Inglismaal, Austrias, Rootsis ja Taanis. Probleemiga on tegeldud ka Soomes, Leedus ja viimastel aastatel intensiivsemalt ka Eestis. Tööd alustasid biogaasijaamad lüpsikarja suurfarmide baasil Aravetel (2012), Oisus (2012) ja Ilmatsalus (2013).

Enamikes riikides toodetakse biogaasi substraatide segust. Biogaasi saamist ainult vedelsõnnikust kasutatakse maailmas vähe, sest metaani väljatulek on sel juhul tagasihoidlik. Põhjuseks on, et vedelsõnniku kuivaine sisaldus on suhteliselt madal (Eestis veisefarmides valdavalt 7-9 %) ning enamik energiarikkamaid ühendeid (süsivesikud, valgud, rasvad) on juba lõhustunud ja ära tarvitatud loomade seedetraktis. Seetõttu lisatakse biogaasijaamades kääritisse ka tahket sõnnikut, rohu- ja maisisilo (viimast eriti Saksamaal), heina, toidujääke (eelistatult rasvarikkamaid) jm. substraate, et tõsta kääritise kuivaine kogust ja selle energiasisaldust. Substraatide segu korral avaldub sünergia – eri materjalide koostised vastastikku täiendavad üksteist ja biogaasi väljatulek suureneb.

Tulemusena tõuseb ka kääritusjäägi ehk digestaadi kuivaine (sh. süsiniku kogus) ja taimetoitainete sisaldus võrreldes sellega, kui biogaasi tootmiseks kasutatakse ainult vedelsõnnikut. Kuna viimasel juhul digestaat sisaldab tunduvalt vähem süsinikku (C) kui töötlemata vedelsõnnik farmist, on oht, et süsinikuvaese digestaadi pikaajalisel kasutamisel põhilise orgaanilise väetisena (kui haljasväetise osakaal on väike) võib mulla huumusesisaldus hakata pikkamööda vähenema. Sellele põhimõttelisele küsimusele vastamiseks on eeskätt tootjate huvides vajalikud edaspidised pikemaajalised uuringud.

Metaankäärimisel

… kasutatakse mikroobide poolt ära peamiselt substraatide kergesti lõhustatavad süsinikühendid (Stinner et al., 2008). Seetõttu on digestaadi orgaanilises osas rohkem kiudaineid – põhiliselt tselluloosi ja ligniini. Sellest tulenevalt arvatakse, et digestaadi kuivaine on võrreldes selle põhilise toorainega (s.o. vedelsõnnikuga) mullas stabiilsem, sest mikroobid lagundavad seda aeglasemalt (eriti ligniini).

Välismaa uurijad on saanud lahknevaid tulemusi ka selle kohta, milline on kääritamisprotsessi mõju digestaadis leiduvate toiteelementide (N, P, K, Ca, Mg, mikroelemendid) omastatavusele taimede poolt. Positiivne on, et enamasti sisaldab digestaat vedelsõnnikuga võrreldes rohkem mineraalset N (põhiliselt ammooniumlämmastikku NH₄-N), mis moodustab üldlämmastikust enamasti 60-75%. Teiste toiteelementide omastatavuse osas on uurimistöid vähem ja nende tulemused erisuunalised. On leitud, et omastatava fosfori sisaldus võib digestaadis olla toorainega võrreldes 10-36% väiksem (Marcato et al., 2008; Moody et al., 2009), kuna kääritamise käigus sadestub osa fosforist kaltsium- ja magneesiumfosfaatidena. Teised katsed on aga näidanud, et suurem osa digestaadi fosforist ja kaaliumist on taimedele kättesaadavas vormis (Börjesson, Berglund, 2007). Omastatava Ca, Mg, Mn, Zn ja Cu sisaldus võib kääritamisel väheneda sõltuvalt elemendist 9-42% (Masse et al., 2007), mille põhjuseks on fosfaatide ja karbonaatide teke (Möller, Müller, 2012).

Mikroelementide osas on samas leitud, et metaankääritamine ei mõjuta nende kättesaadavust taimedele (Marcato et al., 2009).

Katsed digestaadiga Eestis

Digestaadi kasutamist väetisena on Eestis uuritud suhteliselt lühikest aega, sest kuni 2012. aastani oli ainsaks põllumajanduslikuks biogaasijaamaks Saaremaal Jööril töötav sea vedelsõnnikut kasutav jaam. 2012.a. valmisid biogaasijaamad Aravetel ja Oisus ning 2013.a. lõpul Ilmatsalus. Need jaamad kasutavad lisaks veiste vedelsõnnikule ka muud toorainet: tahket sõnnikut, heina, silojääke jm.

Lüpsikarja vedelsõnniku digestaadi efektiivsust kõrreliste rohumaal võrdlevalt veiste töötlemata vedelsõnnikuga ja mineraalse lämmastikväetisega uuriti 2012.- 2014.a. põldkatses Eerikal. Rohukamarate üldine saagitase sõltus tugevasti katseaasta ilmastikust.

Kuna põllumajanduslike biogaasijaamade arv Eestis lähitulevikus tõenäoliselt suureneb, on vajalik jätkata ja süvendada uuringuid digestaadi mõju kohta rohumaa saagile, mulla elustikule ja viljakusele.

Kasutatud kirjandus

• Börjesson, P., Berglund, M. 2007. Environmental systems analysis of biogas systems – Part II: The environmental impact of replacing various reference systems. –Biomass and Bioenergy  31 (5), 326-344.
• Köttner, M.(2001). Biogas in agriculture and industry: potentials, present use and perspectives.- Renewable Energy World, issue 7/8, London.
• Marcato, C. E., Pinelli, E., Pouech, P., Winterton, P., Guiresse, M. 2008. Particle size and metal distribution in anaerobically digested pig slurry.- Bioresource Technology  99, 2340-2348.
• Marcato, C. E., Mohtar, R., Revel, J. C., Pouech, P., Hafidi, M., Guiresse, M. 2009. Impact of anaerobic digestion on organic matter quality in pig slurry.- Biodeterioration and Biodegradation 63 (3), 260-266.
• Masse, D. I., Croteau, F., Masse, L. 2007. The fate of crop nutrients during digestion of swine manure in psychrophilic anaerobic sequencing batch reactors.- Bioresource Technology  98, 2819-2823.
• Moody, L. B., Burns, R. T., Stalder, K. J. 2009. Effect of anaerobic digestion on manure characteristics for phosphorus precipitation from swine waste.- Applied Engineering in Agriculture 25, 97-102.
• Möller, K., Müller, T. 2012. Effects of anaerobic digestion on digestate nutrient availability and crop growth: A review.- Engineering in Life Sciences 12, (3), 242-257.
• Stinner, W., Möller, K., Leithold, G. 2008. Effect of biogas digestion of clover/grass leys, cover crops and crop residues on nitrogen cycle and crop yield in organic stockless farming system.- European Journal of Agronomy 29 (2-3), 125-134.

Lisalugemist:

• Biogaasi tootmine ja kasutamine. Käsiraamat. 2008, 158 lk. Eesti Põllumeeste Keskliidu e-väljaanne. : Mansbergi tõlge saksa keelest: Handreichung. Biogasgewinnung und nutzung. Gülzow, 2006).
• Raave, H. Keres, I., Kauer, K. jt 2013. Vedelsõnniku ja digestaadi mõju mullale, teravilja saagile ja toitainete leostumisele. – Agronoomia 2013, Jõgeva, lk. 8-15.

Autor: Rein Viiralt (september 2014)

Tuhk

Eestis on viimastel aastatel oluliselt suurenenud katlamajade arv, mis kasutavad kütusena biomassi. Valdavalt on tegemist puiduga, mida kulub selleks otstarbeks ca 4300 tuhat tm aastas. Vähesel määral kasutatakse kütusena ka pool-looduslikult rohumaalt koristatud heina.

Põlemisel järgi jääv tuhk moodustab  puidul ca 0,6%….1% ja heintaimedel 5…8 %  kuivainest.  Biomassi tuhk koosneb suurest hulgast erinevatest elementidest, mida taim on oma elu jooksul mullast omastanud. Säästva majandamise seisukohast on otstarbekas  neid toitaineid taaskasutada uue saagi kasvatamiseks. See vähendab mineraalväetisete vajadust ning hoiab kokku vahendeid, mis muidu on vajalikud nende väetiste tootmiseks ja soetamiseks.

Tuhka kui taime toitainete allikat  tuntakse juba ammusest ajast. Seda on kasutatud läbi aegade nii mulla happesuse neutraliseerimiseks kui toitainete sisalduse tõstmiseks mullas. Ajaloost on teada  alepõllumajandus, kus metsa raiuti ja  põletati selleks, et tuhas olevaid toiteelemente saaks kasutada toidukultuuride kasvatamiseks. Aletegemine ei ole kuhugi kadunud ning seda kasutatakse mitmel pool  maailmas  veel tänapäevalgi  mullaviljakuse suurendamiseks.

Tuha kasutamisel  põllukultuuride väetiseks  on suurimaks probleemiks selles olevate toitelementide sisalduse suur varieeruvus.

Tuha keemiline koostis on oluliselt mõjutatud  taimeliigist, mille biomassi kütuseks kasutatakse. Taimede vajadused toitelementide osas on erinevad, mistõttu  neid omastatakse mullast erinevas vahekorras. Oluline mõju  on samuti mulla toiteelementide sisaldusel ning agrotehnikal. Erinevatel muldadel kasvanud sama puuliigi  tuha keemiline koostis on erinev, nii nagu on erinev ka heintaimede tuha keemiline koostis, kui neid on kasvu ajal erinevalt väetatud. Tuha keemilist koostist mõjutab samuti  kütuse põlemistemperatuur katlas. Tuhas sisalduvad toitained on taimedele kõige paremini omastatavad, kui põlemistemperatuur on 600-900°C (Pitman, 2006). Kui temperatuur tõuseb üle 800° C, väheneb tuhas K, S, B ja Cu sisaldus (Misra et al.,1993).

Katsed Eestis

Eesti Maaülikoolis läbiviidud uurimistöö käigus analüüsiti viie puitu ja ühe heina kütusena kasutava katlamaja tuhka. Tulemused  (tabel 1) näitasid, et erinevused erinevatest katlamajadest pärit tuhkade keemilises koostises on väga suured. Need ei olnud tingitud  ainult sellest, kas kütusena kasutati puitu või heina.  Ka samast katlamajast erinevatel aegadel võetud puutuha keemiline koostis erines oluliselt ning sõltus sellest, millist puuliiki seal parajasti kütusena kasutati. Need tulemused osutavad vajadusele  tuhka  iga kord enne kasutamist analüüsida, et saada teada selle täpne keemiline koostis, et siis selle põhjal tuha norme täpselt planeerida.Tuha sobivus väetiseks sõltub seal sisalduvatest toiteelementidest, nende vahekorrast ning omastatavusest taimele. Kõige paremini sobib tuhk väetiseks samale kultuurile, mille biomassi põletamisel on see saadud. Näiteks vastab puutuha toiteelementide sisaldus kõige paremini puude vajadusele, mistõttu seda soovitatakse kasutada peamiselt metsa väetamiseks (Pärn, et al., 2006).  Heinatuhka tuleks aga kasutada teraviljade ja rohumaade väetisena. Seoses mineraalväetiste hinna järsu tõusuga ning sellega, et  heina kasutamine kütuseks on Eestis  vähe levinud, on hakatud viimastel aastatel kasutama puutuhka  väetisena ka põllul.

Tabel 1. Makroelementide sisaldus tuhas

Tabel 2. Mikroelementide sisaldus puutuhas

Makroelementidest on puutuhk rikas eelkõige Ca poolest. Vähem on seal P, K ja Mg, Mn  ja S (tabel 1). Makroeelementidele lisaks on tuhas veel palju taimedele olulisi mikroelemente  (tabel 2) ning nende seas ka raskmetalle. Viimasest tulenevalt on puutuha kogused, mida lubatakse 1 ha  väetisena kasutada paljudes riikides normeeritud. Puutuha puhul loetakse ohtlikuks just kõrget  Cd sisaldust, mistõttu on näiteks Soomes kehtestatud  piirväärtus palju Cd tohib aastas tuhaga mulda viia (Järvan, Järvan, 2010). Tuha keskkonnaohtlikkuse osas arvamused lahknevad. Nii on  leitud, et  oht mulla saastumiseks raskmetallidega on puutuha kasutamisel väike,  kui  selleks ei kasutata tuha kerget fraktsiooni  – lendtuhka. Samas on ka märgitud, et tuhk võib sisaldada nii raskmetalle kui ka dioksiine (Pitman, 2006).  Leitud on samuti, et puutuha kasutamisega kaasnev mulla pH tõus vähendab raskmetallide omastamist taimede poolt, mistõttu need ei kujuta inimesele ohtu (Kärblane jt. 1998).

Eestis ei ole puutuha kasutamine väetisena täna seadusega reglementeeritud.

Tuha kasutamisel väetisena on probleemiks, et suur osa seal olevatest toiteelementidest on taimele vaid vähesel määral omastatavad.

Näiteks on taimele omastatavat fosforit laboris tehtud analüüside põhjal seal ainult ca 0,1%, mistõttu ei ole tuhaga üksi võimalik enamike põllukultuuride fosforivajadust katta ning seda tuleks anda mineraalväetisega lisaks.  Eesti Maaülikoolis läbi viidud uurimistöö näitas, et tuha mõju mulla fosforisisaldusele kestis normide  5  ja 7,5  t ha^-1 andmisel ainult  ühe aasta. Juba teise aasta sügiseks oli taimedele omastatava fosfori sisaldus langenud mullas samale tasemele, mis see oli variandis, kus väetisi ei kasutatud. Seevastu normi 10 t ha^-1 korral oli fosfori sisaldus teise aasta sügisel  mullas suurem kui see oli väetamata variandis ning variandis, mis sai igal aastal mineraalväetisega 25 kg P ha^-1.

Puutuhas olevast K on taimele omastatav ca 2,5%. Seetõttu tuleb puutuhka vaadelda eelkõige kui kaaliumiallikat. Uurimistöö näitas, et  pärast tuhanormide 5, 7,5 ja 10 t ha^-1 andmist  püsis   K sisaldus mullas kõigis kolmes väetusvariandis ka veel kolmandal aastat kõrgem kui variandis, mida ei väetatud või mis sai igal aastal mineraalväetisega 100 kg K ha^-1.  See näitab, et eelpool nimetatud tuhanormide kasutamisel antakse  K mulda varuga, mistõttu seda ei ole vaja  tuha laotamise järel  paaril järgmisel aastal mineraalväetisega juurde anda.

Heinatuhas on võrreldes puutuhaga P ja K sisaldus suurem ning need on taimele paremini omastatavad. Seetõttu sobib see põllukultuuride väetiseks puutuhaga võrreldes paremini. Omastatavat  fosforit on heinatuhas laboris tehtud analüüside põhjal hinnanguliselt 0,6 % ja kaaliumit 5 %. Uurimistöö tulemused näitavad, et tegelik elementide omastatavus taimele võib olla isegi suurem kui seda näitavad laboris tehtud mõõtmised. Katses, kus heinatuhaga anti K ekvivalentses koguses mineraalväetisega antud kogusega, kujunes K sisaldus mullas tuhaga variandis oluliselt suuremaks kui mineraalväetisega variandis  ning  püsis kõrgem veel ka kaks aastat hiljem. Sama võis märgata ka P  puhul,  kuid siin kestis tuha järelmõju  ainult ühe aasta.

Puutuha kasutamine mulla happesuse neutraliseerimiseks

Kogu Eesti põllumaast vajab lupjamist ca 40%. Eriti palju on happelisi muldi Lõuna Eestis.  Eestis on kasutatud lubiainena peamiselt põlevkivi klinkritolmu ja tolmpõlevkivituhka, milliste minimaalne neutraliseerimise võime Ca võrreldes on vastavalt 28 ja 30%  (Järvan, Järvan, 2010). Eesti Maaülikoolis tehtud neljateistkümne puutuha analüüs näitas, et nende neutraliseerimisvõime klinkritolmu ja tolmpõlevkiviga võrreldes on enamikel juhtudel väiksem, moodustades sellest ca 60% (min 16, max 102%). Vaid kahel  uuritud tuhal  oli see klinkritolmu ja tolmpõlevkivituhaga sarnane või sellest isegi veidi suurem.

Võrreldes lubjakivijahuga suurendab puutuhk mulla pH-d  väga kiiresti. Puutuha kokku puutudes veega, tekib väga leeliselise reaktsiooniga kaaliumhüdroksiid (KOH), mistõttu tuleb puutuhaga töötades rakendada ettevaatusabinõusid. Kohe pärast tuha laotamist tuleb see segada mulda (Järvan, ,Järvan, 2010).  Suure leeliselisuse tõttu ei tohi puutuhka viia mulda vahetult enne külvi, sest järsk mulla pH tõus on ohtlik tärkavatele taimedel. Ajavahe tuha laotamise ja külvi vahel peab olema vähemalt 2 nädalat. Kolm kuni viis päeva enne ja pärast tuha laotamist ei ole soovitav kasutada põllul taimekaitsevahendeid, sest tuhk võib neid adsorbeerida ja nii nende  toimet vähendada (Järvan, Järvan, 2010).  Kõige parem on tuhk laotada, kas kogu normi ulatuses sügisel ja maa seejärel künda või anda norm kahes võrdses osas.  Esimene pool  sügisel enne kündi ja teine osa  kevadel enne mullaharimist. Selline jaotatud andmine tagab  tuha kõige ühtlasema jaotumise künnikihis.  Samuti hoiab see ära mulla pH järsu tõusu, mis  on ohtlik mulla mikrofloorale.

Eesti Maaülikoolis läbiviidud põldkatses anti mullale, mille pH oli 5,6, kevadel puutuhka vastavalt 5, 7,5 ja 10 t ha^-1. Katses kasutatud tuha neutraliseerimisvõime oli 30,2 % Ca. Sama aasta sügiseks  oli pH vastavalt kasutatud normile suurenenud künnikihis 0,8, 1,0 ja 1,2 ühikut.  Aasta hiljem oli  pH vähenenud 0,2 -0,4 ühikut kusjuures, kõige rohkem vähenes see variandis, mis sai puutuhka kõige rohkem. Kolmandal aastal püsis mulla pH kõigis variantides teise aastaga võrreldes enam-vähem samal tasemel.  Saadud tulemused näitasid, et kaks korda suurem tuhanorm, ei taga võrreldes poole väiksema normiga, oluliselt suuremat mulla pH tõusu ega  mulla rektsiooni pikemaajalist püsimist kõrgemal tasemel.

Heinatuha neutraliseerimise võime  on puutuhaga võrreldes oluliselt väiksem (tabel 1), mistõttu sobib seda kasutada eelkõige mulla toitainete sisalduse suurendamiseks.

Kasutatud kirjandus:

• Järvan, M., Järvan, U.  2010. Muldade lupjamine, Saku, 116 lk.
• Kärblane, H., Kevvai, L., Kanger, J. (1998). Taimede Pb, Cd ja Hg sisaldus.- Akadeemilise Põllumajanduse Seltsi Toimetised 6, 55…58.
• Misra, M., Raglund, K., Baker,  A. (1993) Wood ash composition as a function of furnace temperature. Biomass and Bioenergy 4,103–116
• Pitman, R.M. (2006). Wood ash use in forestry – a review of the environmental impacts. – Forestry 79, 563 – 588
• Pärn, H., Mandre, M., Ots, K. (2006). Puutuhk väetiseks metsa. – Eesti Mets 4

Autor: Henn Raave (september 2014)

Biosüsi

Biosüsi (inglise k. biochar) on naturaalse orgaanilise aine söestamisel hapnikuvaeses keskkonnas (pürolüüs) saadud materjal, mida kasutatakse süsiniku deponeerimiseks mullas kliimamuutuste leevendamiseks ja mulla omaduste parandamiseks.

Huvi biosöe vastu sai alguse avastusest Amazonase jõe kallastel, kus kunagiste Inkade elupaikade lähedusest leiti maalapid, mis eristusid ümbritsevatest oluliselt suurema mullaviljakuse poolest. Eelmise sajandi lõpus läbiviidud uurimistöö näitas, et mullaviljakus on neil maalappidel kõrgem tänu söele, mis on viidud Inkade poolt mulda paar tuhat aastat tagasi. Seetõttu hakati neid muldi nimetama terra preta de indiano (terra – maa, pind; preta – must), ehk indiaanlaste mustad mullad. Tegemist on mullateaduslikust aspektist väga olulise avastusega, sest see näitab, et süsi laguneb mullas väga aeglaselt ja tal on mullaviljakust suurendav mõju.

Biosöe omadused

Biosöel on neutraalne kuni aluseline pH, suur stabiilse süsiniku sisaldus, eripind, poorsus ja neelamismahutavus. Nende omaduste tõttu mõjutab biosüsi mulla veehoiuvõimet, toitainete sidumisvõimet, reaktsiooni, millest omakorda sõltuvad taimede toitumistingimused, väetiste efektiivsus, kuid samuti toitainete leostumine ja kasvuhoonegaaside emissioon.

Biosöe kvalitatiivsed omadused võivad varieeruda sõltuvalt toorainest ja tootmistingimustest väga suurtes piirides. Neid mõjutab nii pürolüüsi läbiviimise  temperatuur, temperatuuri tõusu kiirus kui ka materjali kokkupuuteaeg tipptemperatuuriga.  Biosöe tootmise temperatuur võib-olla vahemikus 250–800 °C, kuid optimaalseks loetakse 500–600°C. Temperatuuri kasvades väheneb biosöe saagis kuid suureneb stabiilse süsiniku osakaal. Madalama temperatuuri juures toodetud biosöel on seevastu suurem toitainete sidumis- ja veehoiuvõime.

Biosütt on võimalik toota pea kõikidest bioloogilist päritolu materjalidest, kuid levinumad toorained on puit, põhk, hein, sõnnik ja reoveesete, kuid samuti ka mitmed tööstusjäätmed. Lähteaine keemilistel ja struktuursetel omadustel on oluline mõju biosöe vastavatele omadustele. Näiteks on puidust toodetud biosüsi võrreldes sõnnikust ja reoveesettest toodetud söega poorsem ning seetõttu suurema eripinna ja veehoiuvõimega.

Biosöe käsitsemine

Biosüsi tuleb enne mulda viimist toitainetega laadida. Vastasel korral seob see toitained oma pinnale mullast ja on seetõttu esimestel aastatel taimele konkurendiks.  Biosöe toitainetega laadimiseks sobib nii segamine komposti, orgaaniliste jäätmete kui ka mineraalväetisega.  Nagu näitas H. Schulz et al. (2012) uurimistöö, võib selle tulemusena tekkida sünergia biosöe ja väetise vahel, mistõttu on saadav saak  suurem kui sütt ja väetist eraldi kasutades.

Mineraalväetisele tuleks siiski eelistada biosöe mulda viimist koos orgaanilise materjaliga. Sellisel juhul suureneb mulla mikrobioloogiline aktiivsus, süsinikku seotakse mulda rohkem ning see püsib seal kauem. Ka terra preta mulla tekkimisel  oli oluline mõju sinna koos  söega  viidud  orgaanilistel jäätmetel nagu väljaheited, toidujäätmed, kondid jne, mis aitasid  aktiveerida mulla mikroorganismide elutegevust.  Biosöe toitainetega rikastamise seisukohast võib olla perspektiivne ka söe ja orgaaniliste jäätmete eelnev koos kompostimine.  Ühtlasi kiirendab see biosöe pinna oksüdeerumist, mille tulemusena paraneb selle toitainete sidumisvõime. Biosüsi oksüdeerub ka mullas, kuid madala temperatuuri tõttu kulgeb see protsess seal oluliselt aeglasemalt.

Biosöe puhul on olnud üheks suuremaks ootuseks, et selle abil saab muuta muldi viljakamaks ja   suurendada seeläbi kultuuride saaki, nii nagu seda võib   näha  terra preta muldadel. Senised katsed on näidanud, et biosöe mõju  kultuuride saagile on  positiivne. Saagi kasv katsete keskmisena on  10%. Samas on palju ka selliseid katseid, kus  bisosüsi saaki ei mõjutanud nagu ka neid, kus   biosöe mõju oli saagile negatiivne. Biosöe positiivset mõju on seni täheldatud peamiselt happelistel, kuid samuti väikese katioonide neelamismahutavusega muldadel (Jeffrey et al., 2011).

Eesti katsetused

Eestis tehtud katsed näitavad, et biosüsi neutraliseerib mulla happesust ja suurendab süsiniku sisaldust, kuid mõju taimedele omastatava fosfori ja kaaliumi sisaldusele on lühiajaline. Tulemused osutavad samuti sellele, et biosüsi parandab taimede kasvutingimusi. Kontrollmullaga võrreldes on biosöega rikastatud mullas rohkem süsinikku, selle  lasuvustihedus on  väiksem,  mulla veehoiuvõime suurem ning seal on rohkem taimedele omastatavat vett.  Biosöega rikastatud mullal kasvades  moodustavad teraviljad rohkem võrseid, sealhulgas ka produktiivvõrseid  ning nende lehepinna  SPAD näit (iseloomustab lehepinna klorofüllisisaldust) on suurem kui taimedel, mis kasvavad biosöeta mullal. Mõju saagile on aga senistes katsetes olnud  neutraalne (s.o. katsevea piires).

Biosöe abil  on võimalik vähendada  oluliselt  taimekasvatuse keskkonnamõju.

Eesti Maaülikoolis läbi viidud katses leostus söega mullast  tavamullaga võrreldes  4 korda vähem välja  nitraatlämmastiku (NO₃-N) ja 1,2 korda vähem fosforit (P).  Kompostitava materjali hulka biosöe lisamine vähendas sealt N₂O (kasvuhoonegaas) emissiooni ja ning suurendas komposti süsiniku sisaldust. Mitmed katsed on näidanud, et kui segada biosütt mulda, siis  ka sealt väheneb N₂O emissioon (Nelissen et al., 2014).

Lisaks eelnimetatule on veel leitud, et biosüsi seob ammoniaaki (Spokas, 2012), mistõttu võib selle lisamine vähendada lämmastiku  lendumist  orgaanilistest väetistest ning ühtlasi ka ebameeldivat lõhna, mis nende laotamisega kaasneb. Samuti on  biosöe kasutamisel märgitud väiksemat  taimede haigustesse  nakatumist (Elmer, Pignatello, 2011) ja pestitsiidide sidumist taimedesse  ning suuremat  mullas arbuskulaarset mükoriisat moodustavate seente, mullamikroobide ja vihmausside arvukust (Lehmann et al., 2011).

Biosöe tootmine on tihedasti seotud bioenergia tootmisega. Pürolüüsi protsess on eksotermiline, mille käigus saadakse tagasi 2–9 korda rohkem energiat (Gaunt, Lehmann et al., 2008; Graber, 2009) kui seda kulub tooraine varumiseks ja protsessi käitamiseks. Saadav energia on salvestatud biosöes (18-35 MJ kg-1), (Laird, et al., 2009, Sohi et al., 2009), bioõlis (~17 MJ kg-1) (Laird, 2009) ja süngaasis (Süngaas -sünteetiline gaas, mis sisaldab süsinikmonoksiidi ja vesinikgaase) (~6 MJ kg^-1 (Laird, et al., 2009), mille saagis sõltub pürolüüsi protsessist ja kasutatud toorainest. Lisaks eraldub protsessi käigus veel soojus, mida on  võimalik kasutada hoonete kütmiseks,  teravilja kuivatamiseks või mõnel muul eesmärgil. Biosöe tootmise kõrvalt saadavat bioõli ja süngaasi saab kasutada fossiilse kütuse asemel soojuse või elektri tootmiseks. Bioõlist on võimalik toota ka transpordikütust, kui seda täiendavalt töödelda ning eemaldada sealt vesi ja orgaanilised happed.

Biosöe tootmine ja kasutamine on maailmas kasvav trend.

Täna on biosöe tootmise ja müügiga tegelevad ettevõtteid kõige rohkem  Ameerika Ühendriikides, Kanadas ja Austraalias. Euroopas on biosöetehased Rootsis, Saksamaal, Austrias, Iirimaal, Inglismaal, Hispaanias ja  Šveitsis.

Biosöe kasutamine põllumajanduslikel eesmärkidel on täna rohkem levinud troopilises kliimas, kus tänu sellele on võimalik saada olulist saagilisa.  Euroopas  kasutatakse biosütt täna rohkem keskkonnakaitselistel eesmärkidel, et eemaldada  aineringest pikaks ajaks süsinikku. Mitmel pool  on see tegevus riigi poolt doteeritav ja  talunikele makstakse biosöe mulda viimise eest eraldi tasu. Näiteks toimitakse täna nii Austrias. Biosöe kasutamisest saadav tulu on mitmepoolne: biosöe mulda viimine tasakaalustab läbi süsiniku mulda talletamise CO₂ emissiooni, muldade süsinikusisaldus suureneb ja toitainete sidumise võime paraneb, põllumajandustootjad saavad lisasissetuleku ning CO₂ kvoodi ostmiseks kuluv raha jääb riiki alles.

Kasutatud kirjandus:

• Gaunt. J., Lehmann., J. (2008). Energy Balance and Emissions Associated with Biochar Sequestration and Pyrolysis Bioenergy Production. Environmental Science and Technology. Vol 42, 4152-4158
• Graber, E.R. (2009) Biochar for 21st century challenges: Carbon sink, energy source and soil conditioner. Conference Proceedings, Dahlia Gredinger International Symposium, Haifa, May 2009
• Jeffrey, S., Verheijen, F.G.A. Van der Velde, M., Bastos, A.C. (2011). A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment, 144, 175-187.
• Laird, D.A., Brown, R.C., Amonette, J.E., Lehmann, J., (2009). Review of the pyrolysis
• platform for coproducing bio-oil and biochar. Biofuels Bioproducts & Biorefining-Biofpr 3, 547-562.
• Lehmann J, Gaunt J, Rondon M (2006) Bio-char sequestration in terrestrial ecosystems—a review. Mitig Adapt Strat Glob Change 11, 403–427
• Lehmann,J.,  Rillig, M.,C.,  Thies, J., Masiello, C., A., Hockaday, W., C.,  Crowley, D. (2011)
• Soil Biology and Biochemistry,  43,  9 , 1812-183
• Lehmann, J., M. Rondon. (2006). Biochar Soil Management on Highly Weathered Soils in the HumidTropics. Biological Approaches to Sustainable Soil Systems. CRC Press, Boca Raton, FL, USA,pp. 517-530.
• Nelissen, V., Saha, B.K., Ruysschaert, G., Boeckx, P. (2014). Effect of different biochar and fertilizer types on N2O and NO emissions. Soil Biology and Biochemistry 70:244-255.
• Sohi, S.P., Krull, E., Lopez-Capel, E., Bol, R., (2010). A review of biochar and its use and function in soil. Advances in Agronomy, Vol 105 105, 47-82.
• Schulz, H. & Glaser, B. (2012). Effects of biochar compared to organic and inorganic fertilizers on soil quality and plant growth in a greenhouse experiment. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 175, 410–422.
• Spokas, K.A., Novak, J.M. & Venterea, R.T. (2012). Biochar’s role as an alternative N–fertilizer: ammonia capture. Plant and Soil, 350, 35–42.
• Elmer, W.,H.,  Pignatello, J., J., (2011).  Effect of biochar amendments on mycorrhizal associations and Fusarium crown and root rot of asparagus in replant soils Plant Disease 95,8, 960-966

Autor: Henn Raave (september 2014)