No abstract

No abstract

This study focuses on the feasibility of the dry anaerobic digestion of solid agricultural biomass for efficient renewable-energy production and nutrient recycling. Methane production and the amount of nitrogen in the digestates were measured in pilot- and farm-scale leach-bed reactors. In the pilot scale, with a digestion time of 133 days, the methane production of a mixture of whole crop fava bean and horse manure corresponded to 94% and 116%, respectively, of the methane potentials of the solid substrates. The mono-digestion of fava beans resulted in relatively low methane production (production/potential ratios of 59% and 57%). In two full-scale experiments, the methane production of mixtures of clover-grass silage, chicken manure, and horse manure corresponded to 108% and 100% of their respective methane potentials with digestion times of 117 and 185 days. In co-digestion, the production/potential ratios were similar in the pilot and farm experiments. High nitrogen loss was observed in the farm scale when the digestate was stored in a stack covered with a tarpaulin during summertime. Thus, although the technology seems promising, attention needs to be paid to management practices to minimise nitrogen losses and greenhouse gas emissions.

Ravinteiden hyötykäyttö on yksi taloudellisen ja ympäristöystävällisen maatalouden lähtökohtia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka tehokkaasti ravinteita voidaan kierrättää, kun nurmea tuotetaan biokaasun raaka-aineeksi mahdollisimman pienillä ostopanoksilla. Kokeessa ravinnelähteinä käytettiin biokaasureaktorin käsittelyjäännöstä, väkilannoitteita ja biologista typensidontaa. Tarkastelussa ovat vuodet 2013 - 2015 ja koe toteutettiin Luonnonvarakeskus Maaningan toimipisteessä. Koe toteutettiin osaruutukokeena neljänä kerranteena. Pääruutuna olivat timotei-nurminataseos sekä puna-apilapitoinen timotei-nurminataseos. Osaruutuna oli neljä erilaista lannoitusstrategiaa seuraavasti: 1) ei lannoitusta 2) käsittelyjäännös toiselle sadolle 3) 50 kg N 1. sadolle, käsittelyjäännös ja 50 kg N toiselle sadolle ja 4) 100 kg N 1. sadolle, käsittelyjäännös ja 50 kg N toiselle sadolle. Käsittelyjäännöstä levitettiin noin 30 t ha-1 ja lisätyppi annettiin Suomensalpietarina. Käsittelyjäännöstä saatiin biokaasulaitoksesta, jonka syötteenä oli käytetty naudan lietelantaa ja timoteinurminatasäilörehua. Sadot korjattiin kaksi kertaa kesässä ja korjuun yhteydessä määritettiin kuiva-ainesato. Korjuu ajoitettiin apilanurmella ja heinänurmella kasvuolosuhteiden ja kasvilajien kehitysasteen perusteella. Näytteistä määritettiin D-arvo, typpipitoisuus sekä sulamaton kuitu (iNDF) NIR-menetelmällä ja metaanintuottopotentiaali sekä kuiva-ainetta (m3 CH4 t-1 TS) että orgaanista kuiva-ainetta (m3 CH4 t-1 VS) kohti. Lisäksi laskettiin nurmen metaanintuottopotentiaali hehtaaria kohden. Kasvuston apilapitoisuus arvioitiin kasvuston kalsiumpitoisuuden avulla vertaamalla sitä puhtaiden apila- ja heinänäytteiden kalsiumpitoisuuteen. Apilanurmi tuotti kokeessa paremman kuiva-ainesadon kuin pelkkä heinänurmi. Lannoituksella saatiin nostettua heinänurmen satoa, mutta 1. sadon N-lannoituksen nosto 50 kg:sta 100 kg:aan ei enää lisännyt satoa. Lannoittamattomalla heinänurmella kesän kokonaissato oli keskimäärin 5020 kg ka ha-1, kun taas korkeimmalla lannoitustasolla satoa saatiin keskimäärin 9720 kg ka ha-1. Apilanurmella ilman lannoitusta kokonaiskuiva-ainesato oli keskimäärin 8920 kg ka ha-1. Korkeimmalla lannoitustasolla apilanurmen satotaso oli keskimäärin 11580 kg ka ha-1, mutta kasvusto oli selvästi heinävaltaista. Apilanurmen orgaanisen aineen metaanintuottopotentiaali oli hieman heinänurmea matalampi, joskaan ero ei ollut aina tilastollisesti merkitsevä. Lannoituksen vaikutus oli kasvilajin vaikutusta vähäisempi. Koska apilanurmen satotaso oli heinänurmea korkeampi, se tuotti kuitenkin enemmän metaania hehtaaria kohden laskettuna. Tutkimuksessa tarkasteltiin lisäksi D-arvon, kasvuston typpipitoisuuden ja iNDF:n yhteyttä metaanintuottopotentiaaliin.

MTT Maaningalla tutkittiin vuosina 2009–2012 raakalannan, biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen ja jäännöksestä separoitujen kuiva- ja nestejakeiden käyttöarvoa nurmen ja ohran lannoitteena. Kenttäkokeet toteutettiin nurmelle ja ohralle erikseen, ja niissä verrattiin orgaanisia lannoitteita väkilannoitteena annettuun typpeen ja fosforiin. Nurmikoe oli nelivuotinen sisältäen perustamisvuoden suojaviljan (ohra), ohrakokeen tulokset ovat kolmelta vuodelta. Raakalanta ja käsittelyjäännös sijoitettiin 5–7 cm syvyyteen. Kuiva- ja nestejakeet levitettiin käsin pintaan ja kuivajae mullattiin äestämällä. Orgaaniset lannoitteet annettiin ohralle keväällä ja nurmelle toiselle sadolle. Lisäksi kokeessa oli kuusi erilaista väkilannoitteena annettua typpitasoa. Niiden avulla muodostettiin typen satovastefunktiot, joihin orgaanisten lannoitteiden typen hyväksikäyttöä verrattiin. Syksyisin otettiin maanäytteet kolmesta eri syvyydestä. Ohrakokeessa käsittelyjäännöksellä saatiin yhtä suuret sadot kuin vastaavalla liukoisen typen määrällä väkilannoitteessa, paitsi kuivana vuonna 2010, jolloin sato oli 10 % alhaisempi. Raakalannalla sadon määrä oli vain 85 % väkilannoitteeseen verrattuna. Separoinnista ja jakeiden käytöstä ei näyttänyt olevan ohralle erityistä hyötyä. Nurmikokeessa kuivuus aiheutti suuremman eron typen hyväksikäytössä kuin biokaasuprosessi tai separointi: kuivana vuonna raakalanta ja käsittelyjäännös tuottivat selkeästi väkilannoitetta heikomman tuloksen, mutta nestejakeella vastaavaa eroa ei havaittu. Raakalannalla ja käsittelyjäännöksellä ei ollut eroa lannoitusvaikutuksessa. Molemmissa kokeissa orgaanisten lannoitteiden sijoittaminen hillitsi helppoliukoisen fosforin rikastumista maan pintakerrokseen. Ohralla typen taseet olivat pääasiassa positiivisia, ja käsittelyjäännöksen tase oli raakalantaa alhaisempi kahtena vuonna. Nurmella ensimmäisen sadon taseet olivat tyypillisesti negatiivisia, mikä vaikutti myös kokonaissadon taseisiin. Nurmiruuduilla käsittelyjäännös tuotti raakalantaa alhaisemman typpitaseen ainoastaan vuonna 2012, jolloin sen liukoisen typen osuus kokonaistypestä oli suurempi kuin raakalannalla. Nestejakeella lannoitetut ruudut saivat enemmän kokonaistyppeä kuin muut koejäsenet, mikä näkyi positiivisina taseina joka vuosi. Myös fosforitaseet poikkesivat selvästi kasvilajien välillä. Ohralla fosforitase oli lähes aina positiivinen, myös väkilannoiteruuduilla, kun nurmella P-tase oli lähes poikkeuksetta negatiivinen.Orgaanisten lannoitteiden lannoitusvaikutus, ravinnetaseet sekä maaperän typpikierto ovat selvästi erilaisia nurmenviljelyssä kuin viljanviljelyssä. Tämä selittyy pääosin viljelytekniikan eroilla (mm. lannoitus- ja korjuukertojen määrät, jyvien tai koko kasvuston korjuu) sekä kasvien erilaisella ravinteidenottokyvyllä. Tämän kokeen perusteella käsittelyjäännöksen edut tulevat selvemmin esiin ohran- kuin nurmenviljelyssä.