Maanparannusaineet mitä maassa tapahtuu. Janne Heikkinen, Keski-Uudenmaan ympäristökeskus

Transkriptio

1 Maanparannusaineet mitä maassa tapahtuu Janne Heikkinen, Keski-Uudenmaan ympäristökeskus

2 Viljelijälähtöistä tiedonvälitystä maatalouden vesiensuojelusta Keski-Uudellamaalla Kaksivuotinen tiedonvälityshanke, Hanke välittää ajankohtaista tietoa pellon kasvukuntoa parantavista viljelymenetelmistä sekä veden laadusta ja kuormituksesta Toiminta-alue Tuusula, Mäntsälä ja Nurmijärvi Keski-Uudenmaan ympäristökeskus hallinnoi Yhteistyöhanke, konsortiossa mukana Keski-Uudenmaan maaseutuhallintopalvelut, Keski-Uudenmaan vesiensuojelun lky ja Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry Muut yhteistyötahot Uudenmaan ELY-keskus, MTK-Uusimaa, ProAgria Etelä- Suomi ry, Mäntsälän kunta Päärahoitus: Euroopan maaseudun kehittämisrahasto Kuva: Hannu Känkänen

3 Tiedottamista ja tiedonvaihtoa Hanketta toteutetaan yhteistyössä viljelijöiden kanssa Ratkotaan yhteistuumin maatalouden vesiensuojelua koskevia kysymyksiä Yhteistyötä tutkimuslaitosten, muiden hankkeiden ja viljelijöiden kanssa Tiedon kotiuttaminen hankealueelle Pellonpiennartilaisuuksia ja tutustumiskäyntejä Hyväksi koettujen toimenpiteiden edistäminen, uusien tekniikoiden edistäminen Toimenpiteiden vaikutusten seurantaa vesistössä Kuluttajille tietoa maatalouden ympäristöasioista Kuinka viljelijät huomioivat ympäristön ruoantuotannossa

4 Illan ohjelma Maan rakenne Saveshiukkanen Reaktiot maassa KVK Maan happamoituminen Maan neutralointikyky Tauko Kalkki Rakennekalkki Kipsi Kuidut

5 Maan rakenne Hyvässä maassa sopivassa suhteessa vettä, ilmaa ja kiintoainesta Orgaanista ainesta vähiten Mutta hyvin ratkaisevassa roolissa maan kasvukunnon suhteen Mineraaliaineksen koostumus antaa raamit maan fysikaalisille ja kemiallisille ominaisuuksille Mitä piememmistä hiukkasista maa koostuu, sitä suurempi pinta-ala maalla on painoyksikköä kohden Pienten partikkelien väliin jää pienempi huokostila

6 Saveshiukkanen Karkea saves (0,2-2 µm), kolloidinen (< 0,2 µm) Savimineraalien pinta negatiivisesti varautunut Ioninvaihtokyky murujen muodostuminen alkaa primäärihiukkaset ja mikromurut tarttuvat toisiinsa -> flokkeja -> muruja Savimineraalin ominaispinta-ala m 2 g -1 kuivaa maata Kaoliniitti > smektiitti Humuksen ominaispinta-ala > 600 m 2 g -1 kuivaa maata Maaneste Maapartikkeleita ympäröi maaneste temmellyskenttä, jossa reaktiot tapahtuvat Ravinteilla jatkuvaa liikettä Pyrkimys tasapainoon maapartikkelin ja maanesteen välillä

7 Kationinvaihtokapasiteetti (KVK) Saveshiukkaset ovat varautuneet negatiivisesti Vetävät positiivisesti varautuneita kationeja pinnallensa Vaihtuvien kationien koostumus ja kokonaismäärä + dissosioitumiskykyinen vety = KVK Dissosioitumiskykyinen vety = H + -ioni, joka vaihtuu maan ph:ta nostamalla H + -ioni = maan happamuus Kationit melko suojassa huuhtoutumiselta, mutta silti kasvien käytettävissä Valenssi, kationien nokkimisjärjestys Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + Ionien ympärillä vesikehä, jonka paksuus vaikuttaa ionin pidättymiseen Vaihtuminen tapahtuu nopeasti Kahden arvoinen vaihtaa kahdenarvoisen tai kaksi yhdenarvoista KVK eri maalajeilla Savimaiden KVK cmol (+) kg -1 Kevyet savat KVK cmol (+) kg -1 Karkeat maat KVK alle 10 cmol (+) kg -1 Eloperäiset maat KVK yli 100 cmol (+) kg -1 Humuksella KVK kasvaa, kun maan ph nousee Savimaiden KVK ei ole ph:sta riippuvainen

8 Kalsium: maan rakenteen ylläpitäjä Ca-pitoisuuden nousu vaikuttaa maan rakennetta parantavasti Saveshiukkaset varautuneet negatiivisesti -> hylkivät toisiaan Positiivinen kationi (Ca 2+ ) yhdistää kaksi negatiivisesti varautunutta saveshiukkasta Jos hiukkasia ympäröivä kationikeha on tiivis, hiukkaset pääsevät lähemmäksi toisiaan hiukkasia ympäröivä vesikalvo on ohut -> hiukkaset pääsevät koskettamaan toisiaan Miksi Ca 2+? -> iso kationi, pieni vesikehä maahiukkasista tiivis paketti Kationien sitoutumislujuus ja koagulointikyky lisääntyvät varauksen kasvaessa nokkimajärjestys Al 3+ > Fe 3+ > Ca 2+ > Mg 2+ > K + > Na + Mg 2+ pienempi kationi, isompi vesikehä -> löyhempi savimana rakenne Al 3+ ja Fe 3+ happamassa maassa Oksideina lujittavat muruja Na + suolaantuneiden maiden ongelma Hyvin pieni kationi, todella iso vesikehä

9 Maan happamoituminen Maa happamoituu = haponneutralointikyky vähenee Välttämättä ei näy ph:n laskuna ph-luku = aktiivisten vetyionien (H + ) määrä liuoksessa Happamoittava tekijä on aina vetyioni = protoni ph-asteikko 0-14, 7 neutraali ph-asteikko on logaritminen Yhden yksikön muutos ph-luvussa merkitsee kymmenkertaista eroa happamuudessa Suomessa rutiinitutkimuksessa ph-mittaus tehdään vesilietoksesta 0,5 ph-yksikköä korkeampi arvo kuin CaCl 2 -liuoksella (tieteellinen) Ca 2+ syrjäyttää hiukkaspinnalta Al 3+ nestefaasiin Mikrobiologinen hajotus ja juurten hengitys H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO 3 Happamoituminen ja hapettuminen Fe 2+ + ¼ O 2 + ½ H 2 O -> Fe(III)OOH + 2 H + Ammoniumtyppi nitraatiksi

10 Maan ph ja ravinteiden liukoisuus N P K Ca Mg Fe S Mn B Cu Zn Mo Ravinteet parhaiten kasvien käytettävissä maan ph:n ollessa 6,5

11 Happamuus ja nokkimisjärjesty Savimaassa H + ei pysty suoraan vaihtamaan kationeja H + koko pieni ja omaa ison vesikehän H + vapauttaa mineraalipaikalta Al 3+ Al 3+ syrjäyttää kationit KVK-paikoilta Humuksessa H + pystyy irrottamaan maaalkalimetalleja (Mg 2+, Ca 2+ ) H + sitoutuu humuksen funktionaalisiin ryhmiin (heikkoihin happoihin) Puskuroitumisessa on oleellista, että H + sidotaan sellaiseen muotoon, josta se pääsee irtoamaan vain ph:ta nostettaessa Humus tärkeässä roolissa

12 Nyt on tauon paikka 30 min päästä jatketaan

13 Maan neutralointi Neutraloituminen tapahtuu maan eri komponenttien happovoimakkuuden mukaan Ensimmäisenä neutraloituu vahvat hapot -> luovuttaa H + helposti Humuksessa paljon eri happovoimakkuuksilla olevia komponentteja Vaatii enemmän kalkitusta ph:n nostoon Savimailla neutralointijärjestys H + > (Fe 3+ ) > Al 3+ Kun Al 3+ neutraloitu Al(OH) 3 -> saostuu KVK muuttuu kasveille tasapainoiseksi Perusreaktiot: H + + OH - <-> H 2 O H + + HCO 3- <-> H 2 CO 3 <-> H 2 O + CO 2 2H + + CO 2-3 <-> H 2 CO 3 <-> H 2 O + CO 2

14 Kalkki Peruskalkitus vai ylläpitokalkitus Peruskalkituksessa kalkin tarve 5-10 tn/ha Määrään vaikuttaa maalaji ja multavuus Ylläpitokalkitustarve 4-5 tn/ha 5 vuoden välein Oikea kalkki oikeaan tarkoitukseen Nopeavaikutteinen neutralointikyky, Ca- ja Mgpitoisuudet Kalkituksessa kationi ja anioni Kationi vaihtaa happamia kationeja vaihtopaikalta ulos maanesteeseen Anioni sitoo H+ haitattomaan muotoon Oleellista, että anioni pystyy lopulta poistamaan happamuuden Lopputulemana H 2 O + CO 2 NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O Lietelanta ja kalkitus NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O Menetetään typpeä ja ph:n nostokykyä

15 Kalkin neutralointikyky Nopeavaikutteinen Kokonaisneutralointikyky Neutralointikyky ilmaistaan kalsiumiksi laskettuna Voidaan verrata eri kalkitusaineita keskenään Vuosi kalkituksen jälkeen -> nopeavaikutteinen Loppu kalkitusvaikutuksesta jakautuu useamman vuoden ajalle Kemiallinen alkuperä ja raekoko/hienous vaikuttaa Jos kalkituksella haetaan myös lannoitusvaikutusta (Ca ja Mg), lannoitusvaikutus samassa nopeudessa neutralointivaikutuksen kanssa Kalkkitaulukko Helpottaa valitsemaan oikean kalkitusaineen (linkki) Kalkkilaskureita Esim. Nordkalkin Kalkkilaattori, Kalkitus.fi Tiedä mitä levität, miten paljon

16 Biotiitti Hidasliukoinen jauhemainen maanparannusaine Sisältää kaliumia (5%), magnesiumia (10%) ja kalsiumia (7%) Neutralointikyky (Biotiitti, Yara Suomi) Nopeavaikutteinen 2 % Kokonaisneutralointi 13 % Soveltuu ylläpitokalkitukseen Enemmän lannoitusvaikutusta

17 Rakennekalkki Kalkkia reaktiivisempi ja nopealiukoisempi (neutralointikyky korkea) Maan rakennetta parantava vaikutus kalkkia tehokkaampi Vedenläpäisykyky paranee ja vähentää eroosiota Toimii parhaiten savimailla Neutralointikyky (Nordkalk Aito Rakennekalkki) Nopeavaikutteinen 40 % Kokonaisneutralointi 44 % Sisältää CaO (poltettu kalkki) Puhdas kalkkikivijauhe tai dolomiittikalkki eivät toimi rakennekalkkina Soveltuu savimaille, levitys kesällä kesannolle tai syksyllä sänkeen Muokattava maahan välittömästi Rakennekalkki fosforikuormituksen vähentäjänä Tutkittu enemmän Ruotsissa Vaikutus noin 50 %

18 Kipsi (CaSO 4 2 H 2 O) Peltoon levitettynä kipsi (savimaat, korkea P-luku, rinteiset pellot) Nostaa maanesteen johtolukua (sulfaatti ja kalsium), eli maa muuttuu suolaisemmaksi Ohentaa hiukkasten sitomaa vesikehää ja työntää kationeja lähemmäksi hiukkaspintoja -> hiukkaset takertuvat toisiinsa Parantaa maan mururakennetta ja vähentää eroosiota Levitysmäärä Kokeilulla päädytty 4 tn/ha Vaikutus säilyy noin 4 vuotta EI NOSTA MAAN ph:ta Kipsillä saadaan vähennettyä fosforihuuhtoumaa Vähentää sameutta 45 %, Kiintoainafosforia %, veteen liuennutta fosforia 50 % veteen liuennutta hiiltä 35 % (Uusitalo ym. 2012) Uusitalo, R., Ylivainio, K., Hyväluoma, J., Rasa, K., Kaseva, J., Nylund, P. Pietola, L. Turtola, E. The effects of gypsum on the transfer of phosphorus and other nutrients through clay soil monoliths Agricultural and food science 21:

19 Kipsin haitat Sulfaatti (SO 4 2- ) ei pidäty maahan, vaan huuhtoutuu SO 4 2- vahvan hapon (rikkihappo) anioni Huuhtoutumismäärät riippuvat veden virtailusta maakerroksen läpi Sulfaatti itsessään vesistössä vaaraton Seisovat sisävedet (järvet) Syvissä järvissä SO 4 2- voi muodostaa suolakerrostuman, jolloin vesi ei sekoitu ja pohja voi muuttua hapettomaksi SO 4 2- voi estää fosforin pidättymistä pohjasedimenttiin Ei tiedetä miten peräkkäiset (4 vuoden välein) kipsinlevitykset vaikuttavat maan ravinnetasapainoon kaliumin, magnesiumin ja seleenin Negatiivisesti varautuneiden anionien pidättyminen maahan nokkimajärjestys OH - > H 2 PO 4 - >> SO 4 2- > Cl- = NO 3 - (H 2 O) (H 3 PO 4 ) (H 2 SO 4 ) (HCl) (HNO 3 )

20 Kuidut Jotta murut ovat kestäviä, tarvitaan eloperäistä ainesta ja mikrobien liima-aineita Kuidut sisältävät orgaanista ainesta, jota mikrobit käyttävät ravintonaan Puuteollisuuden sivutuotteista jalostettuja Kuidun ominaisuudet riippuvat osin puuteollisuuden tuotantotavasta, osin kuidun loppukäsittelystä Kompostoitu, kalkkistabiloitu Ravinnekuitu Sisältää typpeä mikrobeille Nollakuitu Ei sisällä typpeä mikrobeille Jotkin kuidut toimivat maata kalkitsevina

21 Etsintäkuulutettu: Maanalainen elämä

22 Yhteistyöllä parempaan lopputulokseen Yhteistiedot Hankevastaava Janne Heikkinen Kuva: Anu Tyni Keski-Uudenmaan ympäristökeskus Hyrylänkatu 8 C PL 60, Tuusula