Recycling of wood- and peat-ash – a successful way to establish full plant cover and dense birch stand on a cut-away peatland

Abstract Mechanical harvesting of peat changes the original mire ecosystem completely, and without active measures these areas may remain non-vegetated even for decades. Afforestation is one of the most popular after-use options for cut-away peatlands in Finland since it has both economic and aesthetic values. Recycling of wood-ash as a fertilizer has been studied extensively in peatlands drained for forestry. Wood-ash is reported to promote tree growth in these areas without any significant negative impact to the environment and could, therefore, be a suitable option also on cut-away peatlands. However, the environmental effects of ash-fertilization on cut-away areas and on ground vegetation are not fully understood. The impact of wood- and peat-ash application on the early establishment of ground vegetation and downy birch (Betula pubescens) seedlings and on post-fertilization element concentrations in plants and peat substrate were studied in a cut-away peatland. Six treatments of wood-ash, peat-ash, biotite or Forest PK-fertilizer were replicated in three blocks in different mixtures and quantities corresponding to 50 kg ha-1 of phosphorus. All the fertilizers accelerated the revegetation of the bare peat surface significantly, whereas the establishment of plants in the unfertilized area was non-existent even several years after the peat harvesting had ceased. The most striking difference between the wood- and peat-ash-fertilizers and the commercial Forest PK-fertilizer was the extensive coverage of fire-loving moss species in all the areas where ash was spread. Wood- and peat-ash application also accelerated the germination and early establishment of downy birch seedlings more efficiently than the PK-fertilizer. Ground vegetation proved to be highly important in increasing the early biomass production and carbon sequestration on ash-fertilized cut-away peatland. In addition, the below-ground biomass was equal to the above-ground biomass, or even greater. Both wood- and peat-ash fertilization ensured an adequate level of nutrients for the early establishment of ground vegetation and birch seedlings in a cut-away peatland. The mosses and herbaceous plants proved to have a major role in retaining the nutrients and heavy metals that otherwise might have leached away from the ash-fertilized cut-away site during the early stages of the afforestation. Although both wood- and peat-ash proved to be suitable for the initial fertilization of afforested cut-away peatlands, a later application of nutrients may be needed to guarantee the growth in a energy-wood stand of downy birch over its entire rotation.Tiivistelmä Turvetuotannon päätyttyä jäljelle jäävä suopohja on aluksi täysin paljas ja vailla maaperän siemenpankkia. Kasvipeitteen luontainen uudistuminen voi viedä jopa vuosikymmeniä. Ympäristönhoidollisesti onkin tärkeää, että suopohjat otetaan uuteen käyttöön mahdollisimman nopeasti tuotannon päätyttyä. Metsitys on tällä hetkellä suosituin suopohjien jälkikäyttömuoto Suomessa. Suopohjan turpeessa on tyypillisesti runsaasti typpeä, mutta niukasti muita kasvuun tarvittavia ravinteita. Puutuhka on osoittautunut pitkäaikaisissa metsäojitettujen turvemaiden tutkimuksissa kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi kaupallisille lannoitteille. Energiantuotannon sivutuotteena syntyvä puu- ja turvetuhka voisi soveltua hyvin myös suopohjien lannoitteeksi. Tuhkan käytöstä lannoitteena turvetuotannosta vapautuneilla suopohjilla ei kuitenkaan ole riittävästi tutkimustietoa. Tässä työssä tutkittiin puu- ja turvetuhkan vaikutuksia turvetuotannosta vapautuneen suopohjan kasvittumiseen ja puun taimien alkukehitykseen viiden ensimmäisen kasvukauden ajan. Lisäksi tutkittiin kasvillisuuden ravinne- ja raskasmetallipitoisuuksien muutoksia sekä turpeen ravinteisuutta lannoituksen jälkeen. Kaikki lannoitteet nopeuttivat merkittävästi kasvillisuuden muodostumista paljaalle suopohjalle, kun taas lannoittamaton alue pysyi kasvittomana. Tuhkalannoitetuille alueille syntyi nopeasti laajoja palopaikoilla viihtyvien pioneerisammalten kasvustoja, jotka peittivät ja samalla sitoivat paljaan ja irtonaisen turvemaan pinnan. Tuhkalannoitus edisti myös koivun taimien alkukehitystä tehokkaammin kuin kaupallinen Metsän PK-lannoite. Sammalista ja ruohovartisista kasveista muodostuva aluskasvillisuus ylitti puuntaimet selvästi biomassan määrässä ja toimi metsityksen alkuvaiheessa puuntaimia merkittävämpänä hiilensitojana. Lisäksi kasvien maanalainen biomassa oli maanpäällistä biomassaa suurempi. Sekä puu- että turvetuhka takasivat riittävän määrän ravinteita energiapuumetsikön alkukehitykselle. Aluskasvillisuus osoittautui tärkeäksi tuhkasta liukenevien ravinteiden ja raskasmetallien sitojaksi metsityksen alkuvaiheessa. Vaikka sammalten kadmiumpitoisuudet nousivat tuhkalannoituksen seurauksena, ne olivat kuitenkin alhaisia Suomessa aiemmin mitattuihin sammalten yleisiin pitoisuuksiin suhteutettuna. Tuhkalannoitus ei lisännyt haitallisten raskasmetallien pitoisuuksia koivun taimien ja ruohovartisten kasvien lehdissä ja varsissa. Tutkimuksen tulokset tukevat puu- ja turvetuhkan käyttöä energiapuumetsiköiden alkuvaiheen lannoitteena turvetuotannosta vapautuneilla suopohjilla