Tomografiaa pellolla – uusi monitorointimenetelmä maatalouden kasvihuonekaasutaseiden tutkimukseen, osa 2: kehityshanke (PeltoTomo2)

01.08.2021 - 31.08.2023

Projekti

Hanketta rahoitetaan Euroopan Aluekehitysrahastosta (EAKR)
Hanketta toteuttavat Itä-Suomen yliopisto (päätoteuttaja) ja Luonnonvarakeskus (Luke)

Rahoittaja(t)

Päärahoittaja

Pohjois-Savon liitto

Tomografiaa pellolla – uusi monitorointimenetelmä maatalouden kasvihuonekaasutaseiden tutkimukseen, osa 2: kehityshanke (PeltoTomo2) rahoittajan logo Tomografiaa pellolla – uusi monitorointimenetelmä maatalouden kasvihuonekaasutaseiden tutkimukseen, osa 2: kehityshanke (PeltoTomo2) rahoittajan logo Tomografiaa pellolla – uusi monitorointimenetelmä maatalouden kasvihuonekaasutaseiden tutkimukseen, osa 2: kehityshanke (PeltoTomo2) rahoittajan logo

Suomen tavoite olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä vaatii toteutuakseen nopeita päätöksiä. Suomen kasvihuonekaasu (KHK) -päästöistä maatalouden osuus on 13 % ilman maankäytön vaikutuksia, jotka lähes kaksinkertaistavat maatalouden KHK–kuorman. Viljelytekniikalla – kasvilajivalikoimalla, lannoituksella, kiertolannoitteiden käytöllä, ojituksella – voidaan alentaa tuotannosta syntyviä päästöjä ja vähentää tuotteiden hiilijalanjälkeä. Jotta voitaisiin valita kustannustehokkaimmat keinot vähentää tuotannon ilmastokuormitusta, tarvitaan menetelmiä, joiden avulla voidaan kvantifioida erilaisten toimenpiteiden vaikutus päästöihin ja toimenpiteiden kustannuksiin. Nykyisin käytössä olevat menetelmät KHK-taseen määrittämiseksi kenttäolosuhteissa ovat pistemäiset kammiomittaukset ja ns. Eddy covariance -mittaukset. Näistä molemmat sisältävät merkittäviä rajoitteita: Kammiomittaukset vaikuttavat mitattavaan kohteeseen, kammioita ei voida käyttää jatkuvasti ja mittaaminen on erittäin työlästä. Eddy covariance -menetelmä, joka on jatkuvatoiminen ja helppokäyttöinen, ei huomioi peltoalan sisäisiä vaihteluita esim. viljelymaan rakenteessa ja lannoitemäärissä – ja siten KHK-taseessa. Lisäksi se kärsii viljelymaata ympäröivään alueeseen liittyvistä epähomogeenisuuksista.

Tässä hankkeessa kehitetään täysin uudentyyppinen mittausmenetelmä viljelymaan KHK-taseen määrittämiseen. Uusi menetelmä hyödyntää ns. laser dispersioon ja absorptioon perustuvaa mittalaitetta, jonka avulla voidaan kartoittaa jopa neliökilometrin kokoista peltoalaa kerrallaan. Myös uusi laite soveltuu pitkäaikaiseen seurantaan kenttäolosuhteissa. Analyysi perustuu edistyneeseen matemaattiseen mallinnukseen, laskennalliseen fysiikkaan sekä inversiolaskentaan; näiden avulla mittausten perusteella muodostetaan tomografisia (kartta)kuvia, jotka esittävät KHK:n päästölähteen jakaumaa pellolla eri ajanhetkinä. Toisin kuin Eddy covariance -menetelmä, tomografinen kartoitus ei ole herkkä peltoa ympäröivään alueeseen liittyville tekijöille. Lisäksi se mahdollistaa myös epähomogeenisten peltoalojen kaasutaseen määrittämisen. Hankekokonaisuus koostuu kahdesta osasta: Investointihankkeessa (PeltoTomo1) ostetaan laser dispersioon ja absorptioon perustuva mittalaite. Kehityshankkeessa (PeltoTomo2) tätä laitetta hyödynnetään ja testataan; sen tuottaman datan analysointimenetelmiä kehitetään ja sitä sovelletaan maatalouden KHK-tasemittauksiin Luonnonvarakeskuksen (Luke) Maaningan koetilalla. Hankkeen toteuttajina toimivat Itä-Suomen yliopiston (UEF) Sovelletun fysiikan laitos sekä Luke.

Hankkeen myötä alueelle syntyy uusi osaamiskeskittymä: Yhteistyön tuloksena Pohjois-Savon kaksi huippututkimusalaa (laskennallisten inversio-ongelmien ja maatalouden tutkimus) kohtaavat. Onnistuessaan hanke tuottaa merkittävän käytännön hyödyn: Uusi monitorointimenetelmä paikkaa kammio- ja Eddy covariance-mittausten puutteita KHK-taseen määrityksessä. Monitorointimenetelmien luotettavuuden parantuminen ja monipuolistuminen voi tulevaisuudessa johtaa merkittäviin muutoksiin maatalouden toimintatavoissa, erityisesti siten, että jatkossa KHK-tase voidaan huomioida mm. viljelysten hoidossa ja lannoitteiden valinnassa. Yritysyhteistyökumppaneita hankkeessa on kaksi: Yara ja Valio. Hanke vaikuttaa kuitenkin välillisesti myös suureen määrään paikallisia pienyrityksiä. Vuonna 2020 Pohjois-Savossa oli yhteensä 3181 maatalous- ja puutarhayritystä. Hankkeen tavoitteena on, että siihen osallistuvat suuret yritykset vievät hankkeessa kehitetyt ja todennetut ratkaisut omille sopimustiloilleen ja -kumppaneilleen. Menetelmillä on potentiaalia myös useissa muissa sovelluksissa: Sanna Marinin hallitusohjelman mukaan Suomessa on lisättävä biokaasuntuotantoa sekä tehostettava lannan hyödyntämistä. Pohjois-Savossa on useita vuosia yritetty saada aikaan investointeja maatilojen tai keskitetyn mittakaavan biokaasulaitoksiin. Toistaiseksi Luke Maaningan maatilan biokaasulaitos on ainoa, mutta aika voi olla nyt kypsempi uusille avauksille. Hankkeita orgaanisten kierrätyslannoitevalmisteiden kehittämiseksi on menossa (Biosfääri (Savonia, UEF, Luke), OrVo (Luke, Savonia)), mutta näiden lannoitteiden käytön vaikutuksesta maatalouden KHK-päästöihin ei juuri ole tutkittua tietoa. Uusien monitorointimenetelmien käyttö voikin tulevaisuudessa olla tärkeä osa biokaasun ja orgaanisten lannoitteiden tuotekehitystä.

Ajanjakso

01.08.2021 - 31.08.2023

Ryhmän jäsenet - UEF