Geological factors affecting on after-use of Finnish cut-over peatlands : with implications on the carbon accumulation

In Finland, peat harvesting sites are utilized down almost to the mineral soil. In this situation the properties of mineral subsoil are likely to have considerable influence on the suitability for the various after-use forms. The aims of this study were to recognize the chemical and physical properties of mineral subsoils possibly limiting the after-use of cut-over peatlands, to define a minimum practice for mineral subsoil studies and to describe the role of different geological areas. The future percentages of the different after-use forms were predicted, which made it possible to predict also carbon accumulation in this future situation. Mineral subsoils of 54 different peat production areas were studied. Their general features and grain size distribution was analysed. Other general items studied were pH, electrical conductivity, organic matter, water soluble nutrients (P, NO3-N, NH4-N, S and Fe) and exchangeable nutrients (Ca, Mg and K). In some cases also other elements were analysed. In an additional case study carbon accumulation effectiveness before the intervention was evaluated on three sites in Oulu area (representing sites typically considered for peat production). Areas with relatively sulphur rich mineral subsoil and pool-forming areas with very fine and compact mineral subsoil together covered approximately 1/5 of all areas. These areas were unsuitable for commercial use. They were recommended for example for mire regeneration. Another approximate 1/5 of the areas included very coarse or very fine sediments. Commercial use of these areas would demand special techniques - like using the remaining peat layer for compensating properties missing from the mineral subsoil. One after-use form was seldom suitable for one whole released peat production area. Three typical distribution patterns (models) of different mineral subsoils within individual peatlands were found. 57 % of studied cut-over peatlands were well suited for forestry. In a conservative calculation 26% of the areas were clearly suitable for agriculture, horticulture or energy crop production. If till without large boulders was included, the percentage of areas suitable to field crop production would be 42 %. 9-14 % of all areas were well suitable for mire regeneration or bird sanctuaries, but all areas were considered possible for mire regeneration with correct techniques. Also another 11 % was recommended for mire regeneration to avoid disturbing the mineral subsoil, so total 20-25 % of the areas would be used for rewetting. High sulphur concentrations and acidity were typical to the areas below the highest shoreline of the ancient Litorina sea and Lake Ladoga Bothnian Bay zone. Also differences related to nutrition were detected. In coarse sediments natural nutrient concentration was clearly higher in Lake Ladoga Bothnian Bay zone and in the areas of Svecokarelian schists and gneisses, than in Granitoid area of central Finland and in Archaean gneiss areas. Based on this study the recommended minimum analysis for after-use planning was for pH, sulphur content and fine material (<0.06 mm) percentage. Nutrition capacity could be analysed using the natural concentrations of calcium, magnesium and potassium. Carbon accumulation scenarios were developed based on the land-use predictions. These scenarios were calculated for areas in peat production and the areas released from peat production (59300 ha + 15 671 ha). Carbon accumulation of the scenarios varied between 0.074 and 0.152 million t C a-1. In the three peatlands considered for peat production the long term carbon accumulation rates varied between 13 and 24 g C m-2 a-1. The natural annual carbon accumulation had been decreasing towards the time of possible intervention.

Suomalaisessa turvetuotannossa turvekerros hyödynnetään huolellisesti, lähelle pohjamaan (mineraalimaan) pintaa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, kuinka pohjamaan ominaisuudet vaikuttavat eri jälkikäyttövaihtoehtojen sopivuuteen ja tätä kautta myös tulevaisuuden maankäyttöjakaumaan. Pohjamaiden rikkipitoisuus sekä suoaltaiden syvennykset tiiviine pohjamaalajeineen rajoittivat jälkikäyttöratkaisuja yhteensä noin viidenneksellä pinta-alasta. Nämä alueet eivät siis soveltuneet ns. taloudelliseen käyttöön vaan niille voitiin suositella lähinnä uudelleensoistamista. Soistaminen oli syvänteille usein tekojärviä parempi vaihtoehto pohjamaan kemiallisten ominaisuuksien vuoksi. 57 % turvetuotantopinta-alasta soveltui hyvin metsitykseen ja 42 % soveltui hyvin perinteiseen puutarha- tai peltoviljelyyn tai peltoenergian tuotantoon. Maa- ja metsätalouden osuus voisi olla selkeästi suurempikin, mikäli myös hyvin karkeat tai hienojakoiset sedimentit otettaisiin käyttöön hyödyntäen jäljellä olevaa turvepatjaa ominaisuuksien tasapainottamisessa. Yksi jälkikäyttömuoto soveltui harvoin koko tuotantoalueelle. Aineiston avulla pystyttiinkin määrittelemään kolme suopohjamallia kuvaamaan erilaisten pohjamaalajien jakautumista yksittäisten turvetuotantoalueiden sisällä. Geologisten alueiden ominaisuudet heijastuivat soiden pohjamaalajeihin. Suuret rikkipitoisuudet olivat tyypillisiä rannikon Litorina -vyöhykkeellä sekä Laatokan Perämeren vyöhykkeellä. Litorina -vyöhykkeellä tarkoitetaan erään varhaisemman Itämeren vaiheen peittämää aluetta. Laatokan Perämeren vyöhyke on kallioperän ominaisuuksiin liittyvä vyöhyke ja tunnettu esim. sulfidimalmeistaan. Arkeeisten gneissien alueella ja Keski-Suomen granitoidialueella kohtuullinen ravinteiden pidätyskyky (maa- ja metsätaloutta ajatellen) edellytti enemmän hienoainesta pohjamaassa kuin muilla tutkituilla alueilla. Maalajien sopivuuden perusteella tehtiin ennusteita tulevasta maankäyttöjakaumasta nykyisillä turvetuotantoalueilla, käyttäen erilaisia taloudellisia painotuksia. Näille maankäyttöennusteille laskettiin myös hiilenkertymäskenaariot. Lisäaineiston avulla arvioitiin myös kolmen tyypillisen turvetuotantoon harkitun suon hiilensidontakapasiteettia ennen käyttöönottoratkaisua. Pitkän aikavälin hiilenkertymä vaihteli välillä 13 24 g (C) vuodessa neliömetrillä ja se oli hidastunut suon kehityksen edetessä.