Hiiliviljely

Hiiliviljely tarkoittaa erilaisia viljelystoimenpiteitä, jotka vähentävät maatalouden kasvihuonekaasupäästöjä ja/tai lisäävät hiilen varastoitumista maaperään. Maaperän hiilensidonta on prosessi, jossa kasvien ilmakehästä yhteyttämällä poistama hiilidioksidi muuttuu kasviaineksekseen sitoutuneeksi hiileksi, siirtyy maaperään ja muuttuu maaperän orgaaniseksi aineeksi. Maaperän orgaanisen aineksen lisääminen kuuluu keskeisesti kestävään maaperän hoitoon, joka pyrkii samanaikaisesti ylläpitämään tai edistämään maaperän toiminnan eri osa-alueita. Maaperän hoitaminen on monihyötyistä, sillä hyväkuntoinen maaperä voi hillitä ilmastonmuutosta, parantaa peltojen tuottavuutta ja sopeutumiskykyä vaihteleviin olosuhteisiin, edistää luonnon monimuotoisuutta ja vähentää ravinnekuormituksia Itämereen ja sisävesiin parantamalla veden ja ravinteiden pidättymistä.
Suomessa hiiliviljely on noussut esiin luontopohjaisena ratkaisuna ilmastonmuutoksen hillintään erityisesti Baltic Sea Action Groupin aloittaman Carbon Action -hankkeen eli Hiilipilotin myötä. Vuonna 2017 alkaneessa pilottihankkeessa on mukana sata suomalaista viljelijää, jotka toteuttavat hiiliviljelyä tiloillaan. Hiiliviljelylle vaihtoehtoisia hiilidioksidin poistoon tähtääviä ilmastonmuokkaustoimia ovat hiilidioksidin talteenotto ja varastointi; kasviplanktonien kasvun kiihdyttäminen valtameriä lannoittamalla; ja hiilidioksidia sitovien kivilajien, kuten basaltin murskaaminen ja levittäminen.
Taustaa.
Maaperään on varastoitunut toiseksi eniten hiiltä maapallolla, vain valtamerien hiilivarasto on suurempi. Ihminen vaikuttaa maaperän hiilivarastossa tapahtuviin muutoksiin erityisesti maankäytön ja maanviljelyn kautta. Vuonna 2010 kaikista ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä 14 prosenttia oli peräisin maataloudesta. Suomen kasvihuonekaasupäästöistä 20 prosenttia muodostuu maatalouden energian, karjan ja peltojen päästöistä. 
Suomessa pellot ovat keskimäärin hiilen lähteitä eli niistä vapautuu hiilidioksidia ilmakehään tai huuhtoumaan, joten niiden hiilivarastot pienenevät. Hiilivarastojen pieneneminen on suurinta viljellyillä turvemailla, joiden hiilipitoisuus vähenee 5 000 kilolla hehtaarilta vuodessa. Kivennäismailla peltojen hiilipitoisuus on vähentynyt vuosittain 220 kilolla hehtaarilta, mikä voi johtua pelloiksi raivattujen metsämaiden jälkivaikutuksesta, hajotuksen kiihtymisestä ilmastonmuutoksen seurauksena ja käytössä olevista viljelymenetelmistä. Peltomaan hiilivaraston kokoon voidaan vaikuttaa viljelymenetelmillä ja kasvivalinnoilla, jotka edistävät yhteyttämistä ja hiilen sitoutumista kasvillisuuteen ja maaperään tai estävät hiilen vapautumista pellosta takaisin ilmakehään tai huuhtoumaan. Suomessa hiiliviljelyn tavoitteina on muuttaa kivennäismailla pellot hiilinieluiksi ja hillitä turvepeltojen kasvihuonekaasupäästöjä.
4/1000-aloite.
Suomi allekirjoitti 1. joulukuuta 2015 Pariisin ilmastokokouksessa Ranskan tekemän kansainvälisen 4/1000- eli 4 promillen aloitteen . Aloite pyrkii kasvattamaan viljelysmaiden hiilivarastoja ruoantuotannon turvaamiseksi ja ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Kaikki aloitteessa mukana olevat tahot on kutsuttu tekemään tunnetuksi tai toteuttamaan käytännön toimia hiilen sitomiseksi viljelysmaahan. 4/1000-aloite perustuu laskelmiin, joiden mukaan maapallon maaperän hiilivaraston kasvattaminen neljällä promillella vuosittain riittäisi pysäyttämään ihmisen aiheuttaman ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousun.
Päästökauppa.
Päästökauppaa pidetään yhtenä mahdollisuutena kannustaa viljelijöitä ottamaan käyttöön hiilensidontamenetelmiä. Hiiliviljely on jo jossain määrin otettu mukaan päästökauppaan maailmalla. Esimerkiksi Australian hiilidioksidipäästövähennyksiä hallinnoiva viranomainen (Clean Energy Regulator, CER) ylläpitää päästövähennysrahastoa (ERF), jonka kautta rekisteröityneet maataloustoimijat voivat ansaita päästöhyvityksiä todennetuista päästövähennyksistä (esim. hiilivaraston kasvattaminen, päästöjen ehkäiseminen). Maataloustoimijat saavat lisätuloja myymällä päästöhyvityksiä valtiolle tai yrityksille. Vastaavia järjestelmiä on käytössä myös Yhdysvaltojen Kaliforniassa ja Itävallassa.
Onnistuneen päästökaupan edellytyksenä on, että päästövähennykset ovat todennettavissa (esimerkiksi mittauksilla) ja erityisesti viljelijöiden kannalta olennaista on, että päästöhyvityksistä maksettavilla korvauksilla voidaan kattaa hiilensidontamenetelmistä mahdollisesti aiheutuneet kulut ja ansaita lisätuloja. Merkittävä onnistuminen päästökaupassa viljelijöiden ja suuryrityksen välillä tapahtui, kun vuonna 2017 ohjelmistojätti Microsoft osti päästöhyvityksiä seitsemältä yhdysvaltalaiselta riisintuottajalta, jotka onnistuneesti vähensivät metaanipäästöjä riisin tuotannossa.
Hiilensidontamenetelmät.
Maatalousjärjestelmissä hiiltä voidaan sitoa maaperään lisäämällä orgaanisen aineksen määrää maaperässä. Näin tapahtuu, kun viljelytoimenpiteet joko kasvattavat hiilisyötettä maaperään (esimerkiksi pitämällä maa kasvipeitteisenä tai lisäämällä maahan kasviainesta) ja/tai hillitsevät orgaanisen aineksen mineralisaatiota maaperässä (esimerkiksi vähentämällä maan muokkaamista). Tärkeimmät biomassan tuottoa ja hajotustoimintaa säätelevät ympäristötekijät ovat ilmasto (sadanta ja lämpötila) ja maaperän koostumus (maalaji ja mineraalikoostumus). Ravinteiden ja veden saatavuus säätelee biomassan tuoton lisäksi hajotustoimintaa, johon myös maaperän mikrobiyhteisön koostumus vaikuttaa.
Kevennetty muokkaus ja suorakylvö.
Kevennetty muokkaus tarkoittaa, että peltoa ei muokata kyntämällä. Suorakylvössä viljeltävän kasvin siemen kylvetään muokkaamattomaan maahan. Kyntö voidaan korvata esimerkiksi kultivoinnilla. Maan muokkaamisen vähentämisellä on tarkoitus hillitä orgaanisen aineksen hajotusta maaperässä edistämällä kestävän mururakenteen muodostumista ja maaperän hiilen suojautumista hajottajilta. Kevennetty muokkaus ja suorakylvö lisäävät maaperän hiilipitoisuutta pintamaassa eli maan ylimmässä 20 cm kerroksessa, mutta voivat vähentää hiilipitoisuutta syvemmissä kerroksissa, kun kasvintähteitä ei enää sekoiteta maahan. Toisaalta pohjamaan hiilivarasto voidaan turvata ottamalla syväjuurisia kasveja mukaan viljelykiertoon. 
Monipuolinen viljelykierto.
Viljelykierto on viljelymenetelmä, jossa viljelyalalla kasvatetaan vuorovuosin eri viljelykasveja. Viljelykiertoa pidetään monipuolisena, kun neljän vuoden kierrossa viljellään joka vuosi eri ryhmään kuuluvaa viljelykasvia (muun muassa erikoiskasveja, viljoja, palkokasveja, nurmia ja öljykasveja). Suomessa ja Ruotsissa tehdyissä tutkimuksissa on havaittu, että nurmien mukana olo viljelykierrossa ylläpitää suurempaa hiilivarastoa maaperässä. Viljelemällä syväjuurisia kasveja, kuten sinimailasta, voidaan tuottaa eloperäistä ainesta pohjamaahan. Yksipuolisen ja viljapainotteisen viljelykierron monipuolistaminen parantaa maan mururakennetta ja tuottaa huomattavaa sadonlisäystä, jotka edesauttavat hiilen kertymistä maahan. Monipuolistamisen selvistä hyödyistä huolimatta Suomessa keskimäärin joka viidennellä lohkolla viljellään vuodesta toiseen pelkkää viljaa.
Yhteyttämisen lisääminen.
Pellolla tapahtuvaa yhteyttämistä voidaan lisätä kasvuaikaa pidentämällä, satotasoja nostamalla ja kasvipeitteisyyttä lisäämällä. Kasvuaika pidentyy, kun pellot pidetään kasvipeitteisinä vuoden ympäri. Suomessa talviaikainen kasvipeitteisyys toteutetaan sänkipeitteisyydellä, syyskylvöisillä kasveilla, nurmilla ja kerääjäkasveilla. Parempien satotasojen edellytyksenä on, että kasvillisuuden saatavilla on riittävästi ravinteita ja että maan rakenne ja pellon vesitalous ovat kunnossa. Pellon kasvipeitteisyyttä voidaan lisätä myös kasvukauden aikana kylvämällä viljelykasvin oheen aluskasveja. 
Lisääntynyt yhteyttäminen tarjoaa maaperäeliöille jatkuvan energian lähteen, mikä ylläpitää biologista aktiivisuutta maassa. Mikrobien kasvu ja aineenvaihdunta kerryttävät maahan yhdisteitä, jotka vahvistavat maan mururakennetta, varastoituvat murujen sisään ja pidättyvät maan hiukkaspinnoille kasvattaen maaperän pysyvän hiilen varastoa. 
Alus- ja kerääjäkasvit.
Yksi lupaavimmista uusista hiilensidontamenetelmistä on alus- ja kerääjäkasvien käyttö. Ruotsalaisessa tutkimuksessa laskettiin, että maaperä sitoi 1,1 Mg CO ha v, kun kerääjäkasvina oli raiheinä. Alus- ja kerääjäkasvit luetaan peitekasveihin, jotka kasvavat pellon pintaa peittäen silloin, kun satokasvi ei sitä tee. Kerääjäkasvi voidaan kylvää aluskasviksi satokasvin oheen tai satokasvin korjuun jälkeen. Kerääjäkasvin tarkoitus on sitoa satokasvilta käyttämättä jääneitä ja maasta vapautuvia ravinteita sekä lisätä kasvipeitteisyyttä. Alus- ja kerääjäkasvien juuristot ja maanpäällisten kasvustojen muokkaaminen maahan kerryttävät hiiltä maahan. 
Eloperäiset maanparannusaineet.
Pelloille voidaan levittää erilaisia eloperäisiä maanparannusaineita, jotka lisäävät maahan orgaanista ainesta. Hiiliviljelyn tarkoituksiin soveltuvia eloperäisiä maanparannusaineita ovat esimerkiksi tuotantoeläinten lanta (pois lukien lietelanta), kompostit, sellu- ja paperiteollisuuden sivutuotteina syntyvät maanparannuskuidut, järviruoko ja biohiili. 
Turvepeltojen viljely.
Orgaanisten maatalousmaiden kasvihuonekaasupäästöt olivat vuonna 2016 8,7 miljoonaa tonnia CO2-ekvivalenttia, mikä on enemmän kuin henkilöautoliikenteen päästöt. Päästöt ovat peräisin turpeen maatumisesta (eloperäisen aineksen mineralisaatio). Viljelytoimet muuttavat turvemailla turpeen olosuhteita siten, että turvekerrokseen pääsee happea, mikä kiihdyttää mikrobiologista hajotusta. Mahdollisia keinoja turvepeltojen päästöjen pienentämiseksi ovat turvepeltojen viljelyalan kasvun estäminen, huonosti tuottavien turvepeltojen poistaminen käytöstä, kasvipeitteisyyden lisääminen nurmilla tai alus- ja kerääjäkasveilla ja pohjaveden pinnan nostaminen säätösalaojituksella. Suurimmat päästöt aiheutuvat, kun turvepelloilla viljellään yksivuotisia viljelykasveja ja maata muokataan voimakkaasti.
Tavanomainen viljely.
Tavanomainen viljely on termi, jota käytetään nykyaikaisesta maanviljelystä, jossa käytetään teollisesti valmistettuja väkilannoitteita ja synteettisiä torjunta-aineita. Tavanomaisessa viljelyssä viljojen monokulttuurit ja yksipuoliset viljelykierrot ovat tavallisia. Perinteisiin viljelymenetelmiin kuuluvat myös syyskyntö ja peltojen jättäminen paljaiksi talven yli monivuotisten nurmien viljelyä lukuun ottamatta. Tavanomaisesti viljellyistä kivennäispelloista poistuu vuosittain keskimäärin 200 kg hiiltä hehtaarilta, kun hiiliviljelyn on arvioitu sitovan peltoihin vuosittain 200–1 000 kg hiiltä hehtaarille.