Biohiilen vaikutus metsien maaperän mikrobien biomassaan ja maahengitykseen

Ilmastonmuutos ja maaperän köyhtyminen ovat maailmanlaajuisia ja yhä tärkeämpiä haasteita ratkaistaviksi. Pyrolysoituja orgaanisia materiaaleja, kuten biohiiliä, tutkitaan yhä enemmän lupaavana välineenä sitoa hiiltä maaperään ja parantaa maaperän ominaisuuksia. Ennen kuin biohiiliä voi laajemmin hyödyntää, on kuitenkin tärkeää ymmärtää miten erilaiset biohiilet vaikuttavat maaperän ekosysteemien olennaisiin osiin, kuten maaperän eliöstöön. Biohiiliä hyödynnetään tällä hetkellä enimmäkseen maatalousympäristöissä. Niiden käytön laajentamiseksi hiilensidontaan metsämailla tarvitaan lisää tutkimusta eri biohiilien vaikutuksista metsien maaperissä. Tämä maisterintutkielma on kirjallisuuskatsaus ja meta-analyysi olemassa olevista kenttätutkimuksista metsissä, joissa on mitattu biohiilien vaikutusta maaperän eliöstöön. Sen tekemiseen käytettiin kahta lähdettä: Helsingin yliopiston digitaalisen kirjaston kokoelmaa (Helka) ja internethakukonetta Google Scholar. Kerättyjen tutkimusten perusteella muuttujina käytettiin maahengitystä ja mikrobien biomassan hiilen määrää. Olemassa olevan tutkimuksen vähäisen määrän vuoksi tähän opinnäytetyöhön sisällytettyjen tutkimusten koeasettelut ovat vaihtelevia. Meta-analyysi sisältää plantaaseja, kolme ilmastoaluetta (boreaalinen, lauhkea ja subtrooppinen) sekä erilaisia biohiiliä. Alaryhmät muodostettiin saatujen tietojen perusteella eri käsittelyjen mukaan, ja niiden vakiokeskiarvoja tarkasteltiin. Toisin kuin hypoteeseissa, tässä meta-analyysissä maaperään lisätyt biohiilet eivät joko aiheuttaneet mitään muutosta tai maahengityksen ja mikrobibiomassan hiilen määrä väheni. Keskimäärin biohiilen lisäys maaperään ei tuottanut merkittävää muutosta maahengityksen määrään, kun taas mikrobibiomassan hiili laski merkittävästi joissakin alaryhmissä: lyhytaikaiset tutkimukset (<= 12 kk), pieni ero biohiilen ja maaperän välisessä pH:ssa (< 4), matala biohiilen pyrolyysilämpötila (<= 450 ˚C) ja käytetyn biohiilen vähäinen määrä (< 10 t/ha). Mikrobibiomassan hiilen määrän vähentyminen ei ollut johdonmukaista ja biohiilen vaikutus pieneni sen määrän lisääntyessä sekä yli 12 kuukauden tutkimuksissa. Koska biohiilillä ei näytä olevan selkeitä vaikutuksia metsämaaperän mikrobistoon tai maahengitykseen, biohiilen levittäminen metsämaille on potentiaalisesti hyödyllistä hiilen sitomiseksi maaperään. Laajemman mittakaavan käyttöä tulee kuitenkin harkita huolellisesti, ja lisätutkimus on välttämätöntä.Climate change and the degradation of soils are global and increasingly prevalent issue. Pyrolyzed organic materials, biochars, are progressively studied as a promising tool to sequester carbon in soils, whilst also improving soil properties. It is important to understand how different biochars affect other integral features of the soil ecosystem, such as soil biota, before they are utilized. Biochars are currently mostly utilized in agricultural settings; in order to extend their use for carbon sequestration in forest soils, more research regarding different biochars in forest settings is necessary. This Master’s thesis was conducted as literature review and meta-analysis of existing forest field studies in which the effect of biochars on soil biota was measured. Two sources (the University of Helsinki digital library collection (Helka), and internet search engine Google Scholar were used. From the studies gathered, soil respiration and microbial biomass carbon (MBC) were used as variables to estimate the effect of biochars on soil biota. Due to the scarcity of existing research, experimental conditions included in this thesis are diverse, including plantations, three climatic regions (boreal, temperate and subtropic) and different biochar types. Subgroups were formed from received data according to different treatments and standard mean differences (SMD) were compared. Contrary to the hypothesis, within this meta-analysis, soils amended with biochars demonstrated either no change or decreased soil respiration and MBC. On average, soil respiration did not show any significant change to biochar amendment, whilst MBC decreased significantly in some subgroups: short-term studies (<= 12 months), small difference in pH between soil and biochar (< 4), low pyrolysis temperature of biochar (<= 450 ˚C) and small quantity of biochar applied (< 10 t/ha). The decreasing in MBC was not consistent and diminished with increasing quantity of biochar and in study periods over 12 months. Given that biochars do not seem to have clear effects on microbial forest soil biota or microbial respiration, the application of biochars to forest soils has its potentials. However, larger scale use should be considered with caution, and further research is necessary