Biokaasulaitosten lopputuotteet lannoitevalmisteina

Abstract

Biokaasulaitosten lopputuotteiden käyttöä tutkittiin kasvinravitsemuksen ja maatalouden näkökulmasta. Työssä pyrittiin löytämään typelle ja fosforille yleispätevät analyysimenetelmät, jotka soveltuvat erityyppisten lannoitevalmisteiden lannoitusvaikutuksen ennustamiseen. Samalla tutkittiin myös tuotteiden hajoamista maaperässä. Työhön sisältyi sekä laboratorio- että kenttämittakaavan kokeita. Lisäksi tutkittiin tuotteiden stabiilisuutta ja mahdollista toksisuutta kasveille sekä selvitettiin haitallisten aineiden ja mikrobiologisen riskin esiintymistä niissä. Tavoitteena oli tarjota tietoa tuotteiden ominaisuuksista ja käytettävyydestä niiden valmistajille, käyttäjille sekä valvoville viranomaisille. Testatuista analyysimenetelmistä 1:60-vesiuutto oli paras yleismenetelmä kuvaamaan kasvukauden aikana kasvien käytettävissä olevan liukoisen typen määrää erityyppisillä orgaanisilla lannoitevalmisteilla. Nestemäisissä lannoitevalmisteissa typpi on nopeammin kasveille käyttökelpoisessa muodossa kuin kiinteillä lannoitevalmisteilla ja tuotantovaikutus on verrattavissa mineraalilannoitteiden vaikutukseen. Kiinteiden orgaanisten lannoitevalmisteiden tuotantovaikutus on hieman alhaisempi kuin mineraalilannoitteiden vaikutus, koska ne levitetään pintalevityksenä ja sekoitetaan tasaisesti koko muokkauskerrokseen. Niiden saatavuus kasveille on siten huonompi kuin sijoitetulla mineraalilannoitteella. Kiinteät lannoitevalmisteet sisältävät runsaasti kokonaisfosforia, mutta sen liukoisuus on alhainen. Liukenemista voi kuitenkin tapahtua pitkän ajan kuluessa, jolloin vesiuutto aliarvioi fosforin käyttökelpoisuuden. Etenkin nykyisin lannoitevalmistelain käyttämä 1:5 aliarvioi selvästi fosforin käyttökelpoisuutta. Koska orgaanisten lannoitevalmisteiden satovaste on herkempi olosuhteiden vaihtelulle kuin mineraalilannoitteiden, on suositeltavaa käyttää levitysstrategiaa, jossa osa liukoisesta typestä tulee orgaanisesta lannoitevalmisteesta ja osa mineraalilannoitteesta. Lainsäädännön rajoitusten takia on käytettävä viiden vuoden tasausjaksoa, jolloin käyttömäärä on sama kuin jos orgaaninen lannoitevalmiste olisi ainoa typen lähde. Nestemäiset paljon ammoniumtyppeä sisältävät lannoitevalmisteet tulisi levittää sijoittamalla ja kiinteät tuotteet tulisi mullata välittömästi pintalevityksen jälkeen haihtumisesta johtuvien ammoniakkitappioiden minimoimiseksi. Biokaasulaitosten lopputuotteet kasvinravinnekäytössä eivät nosta peltomaan mikrobiologista aktiivisuutta merkittävästi, eikä stabiilisuuden mittaaminen näin ollen ole välttämätöntä tuotteiden maatalouskäytössä. Myöskään merkittävää haitallisuutta kasveille eli fytotoksisuutta ei havaittu. Tuotteet eivät ole myrkyllisiä biotesteissä kasvinravinnekäyttöä vastaavissa pitoisuuksissa. Biokaasulaitosten raaka-aineet voivat sisältää ihmis-, eläin- tai kasviperäisiä taudinaiheuttajia sekä haitallisia orgaanisia aineita. Laadun varmistamiseksi tulisikin erityisesti huomioida: raaka-ainevalinta, tehokas esikäsittely (mm. partikkelikoko), käsittelyprosessin optimointi (varsinkin lämpötila ja aika), ohivirtauksien ja ristikontaminaation estäminen. Asianmukaisesti käsiteltyjä biokaasulaitosten lopputuotteita voidaan tämän tutkimuksen tulosten perusteella pitää turvallisina lannoitevalmisteina.

The use of end-products from biogas plants was studied from the perspective of plant nutrition and agriculture. The tasks included development of generally applicable methods for determining nitrogen and phosphorus in different fertiliser products in order to predict their fertiliser effect. The degradation of the products in soil was also studied. The work included both laboratory and field scale experiments. Additionally, the stability and possible phytotoxicity of the products was studied. The content of harmful contaminants and microbiological risks of the products were determined. The aim was to offer information on the characteristics and usability of the products for producers and users of the products and for supervising officials. Of the analysis methods tested, 1:60 water extraction was the best general method to describe the content of soluble, plant-available nitrogen in different organic fertiliser products. In liquid fertiliser products, nitrogen is more readily available for plants than in solid products and the fertilising effect is comparable to that of mineral fertilisers. The fertilising effect of solid organic fertiliser products is somewhat lower than that of mineral fertilisers due to surface application and mixing into the cultivation layer. This results in lower plant-availability than with mineral fertilisers which are injected into soil. Solid products contain significant amounts of total phosphorus, the solubility of which is low. As it may be solubilised over long periods of time, the 1:5 water extraction required by the current Finnish legislation of fertiliser products underestimates the usability of phosphorus. Due to the more sensitive yield response of organic fertiliser products to changes in conditions, as opposed to mineral fertilisers, it is also recommended to use an application strategy in which part of the soluble nitrogen originates from organic fertilisers and part from mineral fertilisers. Also due to legislative limitations, a balancing period of five years is required resulting in the same amount of fertiliser used as with the organic fertiliser as the sole nitrogen source. Liquid fertilisers with high concentration of ammonium nitrogen should be applied by injection and solid fertilisers should be mulched immediately after surface application in order to minimise nitrogen losses via ammonia evaporation. The use of end-products from biogas plants in plant nutrition do not significantly increase the microbiological activity of field soils. Thus, the measurement of stability is not necessary in agricultural use. No significant phytotoxicity was detected, either. The products are not toxic in the concentrations used in plant nutrition. The substrates of biogas plants may contain pathogens and organic compounds originating from humans, animals and plants. In order to ensure high quality of the products the following should be considered; choice of substrates, efficient pre-treatment (e.g. particle size), optimisation of the digestion process (esp. temperature and time) and prevention of bypass and cross-contamination. Based on the results of this study, properly treated end-products from biogas plants may be considered safe fertiliser products.