VILJELYMAISSA TAPAHTUNEITA KEMIALLISIA MUUTOKSIA

Transkriptio

1 VILJELYMAISSA TAPAHTUNEITA KEMIALLISIA MUUTOKSIA Ritva Mäkelä-Kurtto, Raimo Erviö ja Jouko Sippola Miikelä-Kurtto, Ritva, Erviö, Raimo & Sippola, Jouko, Viljelymaissa tapahtuneita kemiallisia muutoksia Summary: Chemical changes in the cultivated soils in Geologian tutkimuskeskus - Geological Suntey of Finland, Tutkimusraportti - Report of Znvesti- gation 105, kuvaa ja 2 taulukkoa. Vuosina 1974 ja 1987 yhteensä 1320 peltolohkolta eri puolilta Suomea kerättyjen maanäytteiden perusteella selvitettiin viijelymaan kemiallisia ominaisuuksia ja sitä, mihin suuntaan viljelymaiden happamuus seka ravinteiden ja epapuhtauksien määrät olivat muuttuneet. Maanäytteistä muritettiin maalaji, ph, liukoiset pää- ja hivenravinteet seka haitalliset raskasmetallit. Mittausajankohtien välisenä 13 vuoden aikana peltojen viljavuus parani. Viljelymaiden ph nousi koko maassa ja useimpien ravinteiden mwät lisaäntyivät. Eniten lisääntyivät fosforin, boorin, kuparin, koboltin ja molybdeenin maärät. Sinkki oli ainoa ravinne, jonka pitoisuus viljelymaissa yleisesti aleni. Haitallisten raskasmetallien maarissä tapahtui selvia muutoksia. Kadmiumpitoisuudet kohosivat ja lyijypitoisuudet alenivat. Ilmasta tulevien laskeumien merkitys peltomaiden viljavuudessa tapahtuneisiin muutoksiin oli vähäinen. Suurimmat syyt olivat viljelytoirnenpiteet: happamuuden osalta kalkitus ja ravinteiden osalta lannoitus. Laskeumilla oli kuitenkin osuutta viljelymaiden epäpuhtauksiin. Tutkitulla aikavälillä peltoihin kohdistuneesta kadmiumkuonnituksesta oli arvion mukaan kolmannes peräisin laskeumasta. Peltojen kadmiumpitoisuuden nousun pääasiallisena syynä olivat vuosina käytössä olleet, poikkeuksellisen paljon kadmiumia sisältäneet fosforilannoitteet. Viljelymaiden lyijypitoisuus aleni ilmeisesti siitä syysta, että liikenteen lyijypäästöt vähenivät. Tämän tutkimuksen mukaan suomalaisessa viljelymaassa ei esiintynyt haitallisia määriä epäpuhtauksia. Maatalouden tutkimuskeskus, ympdristöntutkimuslaitos, SF Jokioinen. Finland JOHDANTO Happamoittavia rikki- ja typpiyhdisteitä, joita joutuu ilmaan pääasiassa energiantuotannon, liikenteen, teollisuuden ja jätteidenpolton päästöina, laskeutuu myös viljelymaille. Samoista lähteistä peräisin olevia raskasmetalleja kulkeutuu laskeurnina pelloille. Toisaalta viljelymaiden fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin vaikutetaan huomattavasti erilaisilla viljelytoimenpiteilla. Ta- män tutkimuksen tarkoituksena oli selvittu sita, mihin suuntaan peltojen happamuus seka ravinteiden ja epapuhtauksien milarilt kehittyivat vuosien 1974 ja 1987 välillil. Erityista huomiota pyrittiin kiinnittiimään happamoittavien lkkeumien ja raskasmetallilaskeumien vaikutuksiin viljelymaissa.

2 AINEISTO JA MENETELMÄT Maanäytteet Tutkittavat maanaytteet kerättiin vuosina 1974 (Sippola& Tares 1978). Kukin maanayte koostui ja 1987 viljelymaiden muokkauskerroksesta (0- neljata osanäytteestä, jotka oli naytepisteesta otet- 0,2 m) samoista naytepisteista, joiden lukumääri tu sen 10 x 10 -metrin suuruisen alan kustakin kuloli 1320 ja jotka sijaitsivat kattavasti eri puolilla masta. Analyyseja varten maanaytteet kuivattiin. Suomea. Naytepisteiden lukumwtl kasvinviljely- Ilmakuivat näytteet jauhettiin ja seulottiin seulalla, vyöhykkeittain on esitetty kuvassa 1. Kumpana- jonka silmakoko oli 2 mm. kin vuonna maanaytteet kerättiin samalla tavaila Kuva 1. Nriytepisteiden lukumm% ( = n) kasvinviijelpyöhykkeittain (1-V). Fig. 1. A number (= n) of the sampling sites by the plant cultivation zones (1- V). Analyysimenetelmät Kumpanakin vuonna maanäytteiden maalajiluokitus tehtiin Aaltonen yrn. (1949) mukaan. Maanäytteiden jakautuminen maalajiryhmiin kasvinviljelyvyöhykkeittäin vuonna 1974 ja 1987 käy ilmi kuvasta 2. Maanaytteiden sähkönjohtokyky (104 Scm-l) mitattiin maa-vesi-suspensiosta (1 : 2,5), jonka oli annettu selkeytyä yön yli. Samasta suspensiosta matlritettiin ph(h,o) sekoittamisen jalkeen phmittarilla. Orgaaninen hiili maäritettiin automatisoidulla kuivapolttomeneteirn2ula (Anon. 1979), jossa naytteiden annettiin palaa happi-ilmavirrassa ja muodostunut hiilidioksidikaasu mitattiin infrapunadetektorilia. Vuonna 1974 orgaanisen hiilen määra naytteesstl selvitettiin kayttämäll8 kolorimetristtl märkapolttotekniikkaa (Graham 1948). Tilavuuspaino selvitettiin punnitsemalla 25 ml ilmakuivaa, jauhettua maa-ainesta. P, K, Ca, Mg ja S uutettiin maanaytteista kayttämw tarkoitukseen hapanta (ph 4,65) arnmoniumasetaattia, joka oli 0,s N seka ammoniumasetaatin etta etikkahapon suhteen (AAAc-uuttoneste) (Vuorinen & Makitie 1955). Maanäytteen ja uuttonesteen tilavuussuhde oli 1 : 10 ja uuttoaika yksi tunti. Pyöritysnopeus uuttamisen aikana oli 27 kierr./min. Tämän jaikeen uuttonesteesttl mitattiin P kolorimetrisesti Mo-sinimenetelmälla seka K, Ca, Mg ja S plasmaemissiospektrometril- 1a (ICP). Al, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb ja Zn uutettiin naytteista kayttaen sellaista hapanta ammoniurnasetaattia (AAAc), joka oli 0,02 N NqEDTA:n suhteen (AAAc-EDTA-uuttoneste,

3 SAVET FINE MINERAL SOILS KARKEAT KI VENNAISMAAT 1 COARSE MINERAL SOILS 1 Taulukko 1. Vuonna 1974 kaatyn 27 maanäytteen keskimuraiset hivenainepitoisuudet (mg 1-1) mitattuna AAS:lla vuonna 1974 ja 1CP:liil vuonna 1987 seka keskiarvojen erot vuosien viuiilil. Table 1. Mean soluble trace element concentrations /rnp I-'! in 27 soil samples collected in 1974 as well as measured by'.4äs ih 1974 and by ICP in Keskiarvo Keskiarvo Ero AAS:lla ICP:~~ Mean by AAS Mean by ICP Difference NS NS NS NS NS NS NS NS NS = ei-merkitseva NS = nonsignifcant Taulukko 2. Peltomaiden (n = 1320) kemiallisten ominaisuuksien keskiarvot vuonna 1987 seka niiden erot vuodesta Table 2. Means of chemical characteristics of soi& (n = 1320) in 1987 as well as their differences from VILJELYVYOHYKKEET Kuva 2. Maanaytteiden jakautuminen maalajiryhmiin kasvindjelyvybhykkeittain vuonna 1974 ja Fig. 2. Distribution of the soi& into different soil type groups by the plant cultivation zones in 1974 and in EDTA = ethylenediaminetetracetic acid, Lakanen & Erviö 1971). Uuttosuhde ja uuttoaika oli sama kuin edella. Uuttamisen jalkeen nesteesti maaritettiin Mo-pitoisuus liekitt6malli atomiabsorptiospektrometrilla (AAS) kiiyttaen hiiliuunia ja taas Cd ja Pb atomiabsorptiospektrometriila ilma-asetyleeniliekilll. Muut edella mainitut aineet maaritettiin 1CP:lla. Boori uutettiin maasta kiehuvalla vedella (1 : 2) ja mitattiin vuonna 1974 karmiini-menetelmalla ja vuonna CP:lla. Maanaytteiden uuttamiseen kaytetyt menetelmat vuonna 1974 olivat samat kuin vuonna Kemialliset mittaukset maiden uuttoliuoksista suoritettiin vuonna 1974 Tareksen ja Sippolan (1978) Keskiarvo Ero vuodesta ~e<m-i987 Difference from 1974 (mg 1-9 (mg 1-9 (olo) ph(h,o) *** Org. C, % NS +4.4 Til. paino Bulk dens NS 0.0 Sahk. johtok EI. cond *** IWS cm-' Ca NS +0.5 K *** +9.7 Mg NS P S Al NS B *** Cd *** Co *** Cr *** Cu *** Fe ** +9.8 Mn NS -1.9 Mo *** Ni NS -2.0 Pb ** Zn *** (n = 142) T-test: *=(P>0.05) " =(P>O.Ol) ***=(P>0.001) NS = ei-merkitsevil NS = nonsignificont mukaan. Analyysitulosten tasossa ei ollut merkitsevia eroja vuosien 1974 ja 1987 valilla, kuten kay ilmi taulukosta 1. Vertailuissa kaytettyja tilastollisia menetelmiil olivat T-testi ja varianssi-analyysi.

4 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU Happamuus Viljelymaiden keskimääräinen ph-luku vuonna 1987 oli 5,75 (taulukko 2). Keskimääräinen lisäys vuodesta 1974 oli noin 0,2 ph-yksikköä. Lisays oli samaa suuruusluokkaa eri osissa maata (kuva 3a). Myös Viljavuuspalvelun (Kähäri et al. 1987) mukaan peltojen ph-luku nousi noin 0,2 ph-yksiköliä 1970-luvun alusta 1980-luvun puolivaliin. Muutos ph-luvussa johtui peltojen lisääntyneesta kalkituksesta. Tutkitulla aikavälillä maanparannuskalkin käyttö kaksinkertaistui. Kalkkia kaytettiin 1970-luvun alussa Suomessa 0,4-0,5 miljoonaa tonnia vuodessa ja 1980-luvun lopussa jo yli miljoona tonnia, vaikka peltopinta-ala samaan aikaan pieneni 2,4 miljoonasta 2,l miljoonaan hehtaariin luvun lopussa kalkkia (CaCO,) käytettiin keskimäärin noin 400 kg hehtaarille vuotta kohti laskettuna. Tästä määrästä vain 25 kg ku- lui maassa happamoittavien laskeumien aiheuttaman happamuuden neutralointiin (Anon. 1982). Sen sijaan kg kalkkia (CaCO,) tarvittiin typpilannoituksen (80-90 kg N/ha) aiheuttaman happamuuden neutralointiin vuosittain (Anon. 1982). Peltomaita happamoittavia muita tekijöitä ovat lisäksi muun muassa viljelykasvien ravinteiden otto ja kalsiumin huuhtoutuminen maaperästä. Peltojen ph:n nousulla on edullinen vaikutus seka sadon määrään että laatuun, koska maaperän happamuuden vähentyminen toisaalta parantaa useimpien ravinteiden saatavuutta kasveille ja toisaalta vähentää monien haitallisten epäpuhtauksien siirtymistä maasta kasveihin. Kuitenkin ph:n noususta huolimatta Suomessa viljellään yha edelleen Pohjoismaiden happamimpia peltoja (Kähäri 1989). Pääravinteet Useimpien paäravinteiden liukoiset määrät tutkituissa peltomaissa lisääntyivät 13 vuoden aikana (taulukko 2). Vuonna 1987 peltojen keskimaäräinen fosforipitoisuus oli 10,3 mg 1-l ja lisäystä vuodesta 1974 oli 1,4 mg 1-l eli 16 %. Ottaen huomioon, että tässä tutkimuksessa käytetty menetelmä uuttaa vain 1,5 % maanäytteen kokonaisfosforimäärästä (Tares & Sippola 1978), todettu lisäys vuodesta 1974 vuoteen 1987 vastasi 186 kg:n lisäystä fosforin kokonaismäärässä muokkauskerroksessa hehtaarin alaiia. Alueellisesti suurin muutos fosforin kohdalia tapahtui eteläisellä rannikkovyöhykkeeliä (kuva 3a), jossa peltomaan fosforipitoisuus lisääntyi yli 50 %:lla. Vaikka peltojen kalkitus tarkasteluajanjaksolla enemmän kuin kaksinkertaistui, eivät viljelymaiden kalsiumpitoisuudet (taulukko 2) kuitenkaan keskimäärin muuttuneet muualla kuin aivan etelärannikolla (kuva 3a), jossa lisäys oli runsaat 20 %. Viljelymaiden kaliumpitoisuus lisääntyi vuodesta 1974 noin 10 %:lia keskirnaärin (taulukko 2). Kuitenkin eteläisimmässä Suomessa peitojen kaliumpitoisuudet lisiläntyivät 27 %:lla ja taas Pohjois-Suomessa vahenivat prosentuaalisesti yhta paljon (kuva 3a). Pohjois-Suomessa, jossa nurmivil- jely on vallitsevana, ei kaliumlannoituksesta ole huolehdittu riittävasti (Siiianpaa & Ri~e 1975). Peltomaiden magnesiumpitoisuudet eivät muuttuneet tutkittujen vuosien vailla (taulukko 2). Vuonna 1987 S04-rikkia peltomaissa oli keskimäärin 19,O mg 1-l. Alueellisia eroja tuskin voitiin todeta (kuva 3a). Rikkianalyysien puuttuessa vuodelta 1974 ei vertailuja viljelymaiden rikkipitoisuuksista 13 vuoden aikavälillä voitu suorittaa. Korkmanin (1973) mukaan maanäytteet, jotka oli kerätty viljelymaiden muokkauskerroksesta vuonna 1969, sisälsivat S04-rikkiä keskimäärin 12,l mg 1-l, kun uuttomenetelmä oli sama kuin tässa tutkimuksessa. Kähäri et al. (1987) tutkivat viljelymaiden (n = 1394) S04-rikkipitoisuutta käyttaen CaC12-uuttoa, joka liuottaa maasta SO,- rikkia noin kaksi kolmasosaa siita kuin AAAc-uutto. He saivat pitoisuudeksi 12,9 mg 1-l, joka vastaa tasoltaan tämän tutkimuksen tulosta, kun otetaan huomioon uuttomeneteimien vwen ero. Suomessa saattaa esiintyä luontaisesti korkeita rikkipitoisuuksia maaperässä. EM6 ja Palko (1984) havaitsivat, että happamat sulfaattimaat Perämeren rannikolla sisalsivat S04-rikkiä jopa 232 mg 1-'. Pääravinteita on kivennäislannoitteissa vuosittain lisätty peltohehtaarille keskimäärin seuraavasti: fosforia 30, kaliumia 50, magnesiumia 4 ja rikkiä 16,5 kg (Mäkelä-Kurtto 1987) sekä lisäksi kalkitusaineissa: kalsiumia 2 15 ja magnesiumia 25 kg (Jokinen 1981). Ilmasta kyseisia aineita on laskeu-

5 VILJELYVYOHYKKEET VIL JELYVY~HYKKEET VILJELYVYOHYKKEET CULT IVATION ZONES Kuva 3a. Suomalaisten viljelymaiden (n= 1320) kesklln8&riihai ph (H20) seka happamaan ammoniumasetaattiin uuttuvan fosforin, kaliumin, kalsiumin, magnesiumin ja rikin keskimllllraiset pitoisuudet kasvinviljelyvy6hykkeiw vuonna Fig. 3a. Meam of ph(h20) ar well ar AAAc-extractable phosphorus, potmium, calcium, magntsium and sulphur of the Finnish cultivated soils (n = 1320) by the plant cultivation zones in 1974 and in 1987.

6 CULTIWTKM ZONES VILJELYVYOHYKKEET L L CULTIVATDN ZONES VILJELYVYOHYKKEET CULTIVATON ZONES VILJELYVYOHYKKEET YIL JELYVYOHYKKEET Kuva 3b. Happamaan ammoni-aatti-edta-uuttonesteeseen uuttuvan aiumiinin, kromin, koboltin, kuparin ja raudan seka kuumaan veteen liukcnevan boorin keskimiiäraiset pitoisuudet suomalaisissa viljelymaissa (n= 1320) kasvinviljelyvyohykkeittain vuonna 1974 ja Fig. 3b. Meam of AAAc-EDTA-extmctable aluminium, chmmium, cobalt, copper and iron ar well as hot water euttactable boron of the Finnish cultivated soi& (n = 1320) by the plant cultivation zonar in 1974 and in 1987.

7 CULTlM4TION ZONES VILJELY VY~HYKKEET CULTIVATION MNES Kuva 3c. Happamaan ammoiiiummtti-edta-uuttonw uuttuvan mangaanin, molybdeenin. nikkelin, sinkin, kadmiumin ia lviivn keskimallr&iset vitoisuudet suomalaisissa vilielvmaissa (n = Daitsi kadmiumin tapauksessa vuonna 1974 Gi42) kasvinviljelyjrohykkeittainhkk vuonna 1974ja FSg. 3c. Meam of AAAc-EDTAextractable manganese, molybdenum, nickel, zinc, cadmium and lead of the Finnish cultivated soils (n = 1320, except in the case of cadmium in 1974, n = 142) by the plant qultivation zones in 1974 and in 1987.

8 tunut hehtaaria kohti vuosittain: fosforia 0,04- (Mäkelä-Kurtto 1987). Laskeumien osuus peltoon 0,24, kaliumia 1,O-4,8, kalsiumia 2,4-15,2, lisättyjen pääravinteiden maärasta oli suhteellisen magnesiumia 0,6-2,O ja rikkiä 2,8-15,O kg pieni muiden paitsi rikin kohdalla. Hivenravinteet Vijelymaiden liukoisista hivenravinteista lisääntyivilt tarkasteluajanjaksona eniten boori, kupari, koboltti ja molybdeeni (taulukko 2). Peltojen booripitoisuudet nousivat 13 vuoden aikana keskimaarin yli 60 %:lla. Etelärannikolla viljelymaiden booripitoisuudet jopa kaksinkertaistuivat (kuva 3b). Nousu aiheutui boorilisäyksista, joita on NPK-lannoitteissa tehty peltoihin vuodesta 1972 lähtien. Vuotuiset boorilisäykset ovat olleet g/ha. Viljelymaiden kuparipitoisuudet lisäantyivät vuodesta 1974 keskimaärin noin kolmanneksella (taulukko 2), mikä voidaan selittaä kuparilannoituksesta johtuvaksi. Vuosittain kuparia on lisätty peltohehtaarille keskirnaarin g. Tutkitulla aikavälillil peltojen kobolttipitoisuus nousi keskimäärin 19 %:lla ja molybdeenipitoisuus 27 %:lla (taulukko 2). Sen sijaan sinkkipitoisuus väheni koko maassa keskimäärin 16 %:lla (taulukko 2). Lasku oli keskimääräistä suurempaa Pohjois-Suomessa (kuva 3c), jossa viljelymaiden sinkkipitoisuudet olivat kuitenkin vielä vuonna 1987 selvasti korkeampia kuin Etela-Suomessa. Viljelymaiden sinkkilannoitukset (4-10 kg Zn/ha 3-5 vuotta kohti) onkin aloitettu vuonna Sinkkia laskeutui ilmasta Etelä-Suomessa noin 100 g/ha vuosittain (Anon. 1986b, 1987b, 1988). Ruotsissa raportoitujen (Anon. 1987c) hivenainelaskeumien perusteella näyttää siltä, etta myös hivenaineiden osalta lannoitteiden merkitys näiden aineiden määriin viljelymaissa oli selvästi suurempi kuin ilmasta tulevien laskeumien. Haitalliset raskasmetallit Vuonna 1987 liukoisen kadmiumin maara kaikissa tutkituissa peltomaissa (n = 1320) oli 0,076 mg 1-'. AAAc-EDTA-neste uuttaa maan kadmiumin kokonaismiliirästä noin 40 Vo (Sippola & Mlkela-Kurtto 1986). Vertailemalla samoja naytepisteitä (n = 142, koska vuonna 1974 kadmiurnia ei mäaritetty kaikista näytepisteistä) kadmiumpitoisuuksien ero vuodesta 1974 oli 0,019 mg 1-l eli 31 % (taulukko 2). Kyseisella aikavalillii liukoisen kadmiumin määrii lisaiintyi hehtaarin alalla muokkauskerroksessa 38 g:lla. Kadmiumpitoisuuden lisays oli lähes samaa suuruusluokkaa eri puolilla Suomea (kuva 3c). Noususta huolimatta suomalaisten viljelymaiden kadmiumpitoisuudet ovat vieiä kansainvi4hesti vertaillen erittäin alhaiset. SillanpW (1988) käytti samaa menetelmää selvittaessään 30 eri maan viljelymaiden kadmiumpitoisuuksia. Hanen tutkimustensa mukaan suomalaisten viljelymaiden keskimääräinen kadmiumpitoisuus 1970-luvun keskivaiheilla oli O,11 mg 1-'. Täma pitoisuus oli alhaisempi kuin muiden tutkimuksissa mukana olleiden Euroopan maiden kadmiumpitoisuudet. Liukoisen kadmiumin lisaiintyminen maassa ilmeisesti johtui piiikxiassa fosforilannoitteiden mukana eplpuhtautena tulleesta kadmiumista vuosien aikana. Vuosikymmenien kuluessa fosforiiannoitteiden valmistamiseen on kaytetty eri puolilta maapalloa tuotuja raakafosfaatteja, joiden kadmiumpitoisuudet ovat voineet vaihdella muutamasta sadasta milligrarnrnasta aina sataan grammaan tonnissa raakafosfaattia (Kivioja 1982). Tästä syystä myös lannoitteiden peltoon aiheuttama keskimäärilinen kadrniumkuormitus on vuosittain vaihdellut 0,s-7,5 g ha-l. Suomessa on yleensa joutunut koko viljellylle peltopinta-alalle yhteensä 1-3 tonnia kadmiumia vuosittain (Kivioja 1982, Hero 1988). Poikkeuksen tekivat vuodet , jolloin fosforilannoitteet valmistettiin epätavallisen paljon kadmiumia sisältiineistä ulkomaisista raakafosfaateista. Pahin vuosi oli 1979, jolloin lannoitteista tuli peltoihin kaiken kaikkiaan 17 tonnia kadmiumia. Tutkittujen 13 vuoden aikana lannoitteista tullut kadmiumlisays oli keskimäarin 38 g peltohehtaaria kohti. Toinen syy peltomaiden kadmiumpitoisuuden nousuun oli kadmiumlaskeuma. Ilmasta laskeutuvan kadmiumin kokonaismäarä oli Ilmatieteen laitoksen Kaakkois-Suomessa vuosina suorittamien mittausten mukaan keskimaiirin 1,5 g/ha vuosittain (Anon b, 1988). Jos kadmiumlaskeuma oli koko tutkimusajanjakson sama, laskeutui 13 vuoden aikana kadmiumia ilmasta yhteensa lähes 20 g. Tutkitulla aikavalillä fosforilannoitteet kuormittivat viljelymaita kadmiumin osalta kaksi kertaa niin paljon kuin ilmas-

9 ta tuleva kadmiumlaskeuma. Myös ulkomailla suoritettujen laskelmien mukaan pääasialliset syyt viljelymaiden kadmiumpitoisuuden nousuun ovat kadmiumia sisältävät lannoitteet sekä ilmasta tuleva laskeuma (Andersson 1984). Tutkimusajanjaksolla liukoisen kadmiumin määrä lisääntyi pelloissa vuosittain keskimäärin 2,4 % vuoden 1974 tasosta. Viljelymaissa olevan kadmiumin kokonaismäärän on Ruotsin olosuhteissa laskettu lisääntyvän vuosittain 0,3-0,4 % (Andersson 1984) ja Tanskan olosuhteissa 0,6 % (Tjell et al. 1981). Liukoisen kadmiumin määrän arvioidaan lisääntyvän edellä mainittuja kokonaismäärän lisäyksiä nopeammin. Kadmiumin lisääntyminen maaperässä johtuu siitä, että viljelymaihin eri lähteistä tuleva kadmiumlisäys on suurempi kuin kadmiumin poistuma satoihin ja vesiin. Esimerkiksi Ruotsissa kadrniumlisäys viljelymaihin on kolminkertainen poistumaan verrattuna (Andersson 1984). Eteläisimmän Suomen peltojen liukoisen kadmiumin määrä oli lähes kolminkertainen Lapin alueen peltoihin verrattuna (kuva 3c). Vuonna 1987 viljelymaiden keskimääräinen kadmiumpitoisuus etelässä oli 0,119 mg 1-l. Pitoisuudet vähenivät pohjoista kohti niin, että pohjoisimpien peltojen kadmiumpitoisuus oli 0,042 mg 1-l. Tämä johtui eroista maalajeissa, lannoitteiden käytössä ja laskeumissa. Vuonna 1984 suoritettujen mittausten mukaan vuotuinen kadmiumlaskeuma Etelä-Ruotsissa oli 1,2 ja Pohjois-Ruotsissa 0,2 g/ha (Anon. 1987~). Nykyisin fosforilannoitteiden valmistukseen käytetään pääasiassa kotimaista, siilinjärveläistä apatiittia, jonka Cd-pitoisuus on alle 1 mg kg-' (Kivioja 1982). Lannoitteiden käytöstä aiheutuva vuotuinen kadmiumkuormitus on vuodesta 1986 lähtien ollut erittäin alhainen, keskimäärin noin 0,s g/ha (Hero 1988, suull. tiedonanto) eli vain kuudennes aikavälin keskimääräisestä kuormituksesta. On ilmeistä, että kadmiumpitoisuuden lisääntyminen viljelymaissa on tällä hetkellä huomattavasti hitaampaa kuin keskimäärin tutkitulla aikavälillä Ilmasta tuleva kadmiumlaskeuma näyttää tällä hetkellä kuormittavan peltoa eniten. Liukoista lyijyä oli peltomaissa vuonna 1987 keskimäärin 1,7 mg 1-'. Liukoisen lyijyn määrä viljelymaiden muokkauskerroksessa väheni yleisesti koko maassa keskimäärin 16 %:lla vuodesta 1974 (taulukko 2). Sillanpään (1988) mukaan 1970-luvun puoliväiissä suomalaiset viljelymaat si- sälsivät lyijyä samalla menetelmällä määritettynä 2,s mg 1-l. Pitoisuus oli selvästi alhaisin verrattuna muihin tutkimuksessa mukana olleisiin Euroopan maihin. Suurin syy viljelymaiden lyijypitoisuuden pienenemiseen oli ilmeisesti se, että niin kotimaista kuin ulkomaista alkuperää oleva lyijykuormitus ilmasta väheni oleellisesti. Tutkitulla ajanjaksolla liikenteen valtakunnalliset lyijypäästöt ilmaan pienenivät noin 1000 tonnista (Anon. 1981) tonniin (Vornamo 1984) vuodessa (vrt. Mäkelä-Kurtto & Tares 1987). Tähän päästiin, kun bensiinin suurinta sallittua lyijypitoisuutta asteittain alennettiin 0,7 grammasta 0,15 grammaan 1-' ja kun myös lyijytön bensiini tuli jakeluun. Myös +ulkomailla liikenteen lyijypäästöjä vähennettiin. Eteläsuomalaiset pellot sisälsivät lyijyä kolminkertaisesti verrattuna pohjoissuomalaisiin peltoihin (kuva 3c). Tämä johtui pääasiassa alueellisista eroista lyijylaskeumissa, mutta lisäksi myös maalajien välisistä eroista. Etelässä yleisinä esiintyvien maalajien, savien, tiedetään sisältävän useimpia metalleja enemmän kuin muiden maalajiryhmien. Ruotsissa vuonna 1984 suoritettujen mittausten mukaan lyijylaskeuma oli eteläisimmässä osassa maata 80 g ja pohjoisimmassa osassa 15 g/ha (Anon. 1987~). Vuonna 1987 liukoisen kromin keskimääräinen pitoisuus viljelymaissa oli 0,33 mg 1-'. Peltomaiden kromipitoisuudet lisääntyivät vuoden 1974 tasosta 17 %:lla (taulukko 2). Pohjois-Suomessa lisäys oli selvästi keskimääräistä suurempaa (kuva 3b). Lisiiksi Pohjois-Suomessa viljelymaiden kromipitoisuudet olivat noin kaksinkertaisia muuhun Suomeen verrattuna. Syitä viljelymaiden kromipitoisuuksien nousuun ei toistaiseksi vielä tunneta, mutta ne löytyvät todennäköisesti joko maaperätekijöistä, viljelytoimenpiteistä tai sitten kromilaskeumista. Pohjois-Suomessa kromipäästöt ovat olleet suuret (R. Valli 1989, suullinen tiedonanto). Tutkitulla aikavälillä viljelymaiden liukoisen nikkelin määrissä ei tapahtunut merkittäviä muutoksia (taulukko 2). Vuonna 1987 peltojen keskimääräinen nikkelipitoisuus oli 0,90 mg 1-l. Etelä- Suomessa peltomaiden nikkelipitoisuudet olivat noin kolminkertaisia Pohjois-Suomen peltoihin verrattuna (kuva 3c). Suurimmat nikkelipiiästöt ovat olleet Etelä-Suomessa (R. Valli 1989, suullinen tiedonanto).

10 Viljelymaiden viljavuudessa 13 vuoden aikavalilla todetut muutokset johtuivat paaasiassa viljelytoimenpiteista. Peltojen happamuuden muutos selittyi lisäantyneella kalkituksella ja taas ravinteisuuden lisääntyminen tehostuneella lannoituksella. Ilmasta tulevien laskeumien merkitys viljavuuden kannalta oli vähäinen. Sen sijaan viljelymaiden epapuhtauksiin laskeumilla oli merkittava vaikutus. Kuitenkin suurin syy tarkasteluajanjaksolla todettuun peltojen kadmiumpitoisuuden lisaiintymiseen oli vuosina kaytetyt, poikkeuksellisen paljon kadmiurnia sisäitäneet fosforilannoitteet. Ta11a hetkella paaosa keskivertopeltohehtaarille tulevasta kadrniumkuormituksesta on peraisin ilmasta eika viljelytoimenpiteista. Viljelymaiden lyijypitoisuuden pieneneminen oli ilmeista seurausta liikenteen 1yijypWtöjen oleellisesta vahenemisesta vuosien 1974 ja 1987 vailla, vaikka liikenne edelleenkin aiheuttaa suurimman lyijykuormituksen peltomaahan. Ilrnansuojelutoimenpiteiden myönteinen vaikutus kasvintuotantoon tuli esiin tasa tutkimuksessa lyhyellil13 vuoden aikavälillä. Vertailu muihin maihin osoitti suomalaiset pellot raskasmetallien osalta puhtaiksi. YHTEENVETO Samoista, yhteensa 1320 naytepisteesta eri puolilta Suomea, vuonna 1974 ja 1987, kerattyjen maanaytteiden kemiallinen analysointi osoitti, etta tarkasteluajanjaksona useat peltojen kemialliset ominaisuudet muuttuivat oleellisesti. Viljelymaiden ph nousi koko maassa noin 0,2 ph-yksikölla ja useimpien ravinteiden liukoiset maärät maassa lisaantyivat. Eniten lisäysta tapahtui fosforin, boorin, kuparin, koboltin ja molybdeenin maarissa. Sinkki oli ainoa ravinne, jonka pitoisuus viljelymaissa vaheni koko maassa. Myös haitallisten raskasmetallien liukoisissa maarissa tapahtui selvia muutoksia tutkitulla aikavalilla. Kadmiumpitoisuudet nousivat 31 % ja lyijypitoisuudet laskivat 16 %. Muutoksista huolimatta suomalaisten viljelymaiden raskasmetallipitoisuudet olivat kansainvalisesti vertaillen erittain alhaisia. KIITOKSET Tekijat lausuvat parhaat kiitoksensa maa- ja metsatalousministeriön sekä yrnparistöministeriön yhteiselle happamoitumisprojektille, HAPROlle, jonka taloudellisen tuen turvin tam8 tutkimus voitiin suorittaa. Summary: CHEMICAL CHANGES IN THE CULTIVATED SOILS IN Chemical analyses of the Finnish cultivated soils sampled in 1974 and in 1987 indicated that the ph level of the soils in 1987 was higher than that 13 years earlier. The reason was the efficient liming of the fields. Furthermore, concentrations of most of the AAAc-extractable macronutrients and AAAc-EDTA-extractable micronutrients in soils increased. Relatively great increases were observed, particularly in soi1 P, B, Co, Cr, Cu and Mo. The only nutrients showing decreased concentrations were Zn in all parts of the country and K in the northern part of Finland. The depletion of these elements was most apparently due to intensive grass production and unbalanced fertilization. The increases in the concentrations of most of the nutrients studied were comected with application of these nutrients in fertilizers. The effects of the atmospheric depositions were minor on the acidity and on the nutrient contents of the cultivated fields, but remarkable on the heavy metal contents. Mainly Cd-rich P fertilizers, which were used exceptionally in , but also deposition of Cd from the atmosphere increased the AAAc- EDTA-extractable Cd level of agricultural soils from 1974 to 1987 by about 30 %. However, the Cd concentration was still very low, compared internationally. Soi1 AAAc-EDTA-extractable Pb level was low in 1974 compared internationaily. The level decreased further by 16 % until 1987, most apparently as a consequence of reduction of Pb emissions into the air from traffic.

11 KIRJALLISUUSLUETTELO - REFERENCES Aaltonen, V.T., Aarnio, B., Hyyppä, E., Kaitera, P., Keso, L., Kivinen, E., Kokkonen, P., Kotilpinen, M.J., Sauramo, M., Tuoda, P. &Vuorinen, J., Summary: A critical review of soil terminology and soil classification in Finland in the year J. Sci. Agric. Soc. Finl. 21, Andersson, A., Cd in Swedish agricultural soils as influenced by commercial fertilizers. Newsletter from the FAO European Cooperative Network on Trace Elements rd issue. State Univ., Gent, Beigium. Anon., Leco Carbon Determination, CR-12, Carbon System Instruction Manual Leco Corporation, USA. -, A report on air pollution with regard to road traffic. Finn. Min. Int. Affairs Dept. Environ. Conserv. Ser. A7. 99 s. -, Kalkitusopas (Guidelines for liming) Tieto Tuot- tamaan 18, 6-8. Maatalouskeskusten Liiton Julkaisu , Results on the quaiity of air at the background stations. Finn. Meteorol. Inst. Helsinki. Winter season S. -, 1986a. Results on the quality of air at the background stations. Finn. Meteorol. Inst. Helsinki. Summer season s. -, 1986b. Results on the quaiity of air at the background stations. Finn. Meteorol. Inst. Helsinki. Winter season S. -, 1987a. Results on the quaiity of air at the background stations. Fi. Meteorol. Inst. Helsinki. Summer season s. -, 1987b. Results on the quaiity of air at the background stations. Finn. Meteorol. Inst. Helsinki. Winter season s. -, 1987c. Use of sewage sludge into agricultural soils. Swed. Environ. Protect. Board Stockholm. 76 s. -, Results on the quaiity of air at the background stations. Finn. Meteorol. Inst. Helsinki. Summer season s. Erviö, R. &Pako, J., Macronutrient and micronutrient status of cultivated acid sulphate soil at Tupos, Finland. Ann. Agric. Fenn. 23, Graham, E.R., Detennination of soil organic matter by means of a photoelectric colorimeter. Soil Sci. 65, Jokinen, R., Requirement for magnesium fertilization in Finland. J. Sci. Agric. Soc. Finland 53, Kivioja, M.L., Haitallisten aineiden joutuminen lannoitteissa ja ilmasta laskeutumana maaperiiiin Suomessa (Heavy metals load from mineral fertilizers and depositions into the soil in Finland). Work Report of Kemira, Espoo Res. Cent s. Korkman, J., Sulphur status in Finnish cultivated soils. J. Sci. Agric. Soc. Finland 45, KiihW, J., Suomen pellot edelleen happamia (Finnish cultivated fields still acidic). Leipil Leveämmiiksi 37 (3), 7. KUM, J., Mäntylahti, V. &Rannikko, M., Sumrnary: Soil fertility of Finnish cultivated soils in Soil Anal. Serv. Helsinki. 105 s. Lakanen, E. & Erviö, R., A comparison of eight extractants for the determination of plant available micronutrients in soils. Acta Agric. Fenn. 128, Mäkelä-Kurtto, R., Paljonko saamme kasvinravinteita taivaalta (The amounts of plant nutrients deposited into the soil from the air). Koetoim. ja Kiiyt. 44, 45. Mäkelä-Kurtto, R. & Tares, T., Abstract: Lead content of pine needles around Helsinki in 1970 and Aquilo Ser. Bot. 25, Siilanpää, M., Microelements in Finnish soils: Research history and current status. Ann. Agric. Fenn. 27, Sillanpää, M. &Rinne, SL., The effect of heavy nitrogen fertiliiation on the uptake of nutrients and on some properties of soils cropped with grasses. Ann. Agric. Fenn. 14, Sippola, J. & Mäkelä-Kurtto, R., Cadmium in cultivated Finnish soils. Ann. Agric. Fenn. 25, Sippola, J. & Tares, T., The soluble content of minerai elements in cultivated F i h soils. Acta Agric. Scand. Suppl. 20, Tares, T. & Sippoia, J., l978. Changes in ph, in electric conductivity and in the extractable arnounts of mineral elements in soil, and the utilization and losses of the elements in some field experiments. Acta Agric. Scand. Suppl. 20, Tjell, J.C., Hansen, J.A., Christensen, T.H., Hovmand, M.F., Prediction of cadmium concentration in Danish soils. Julkaisussa L' Hermite, P., Ott, H. (Toim.) Characterization, treatment and use of sewage sludge Proc. 2nd Comm. European Communities Workshop, Reidel, Dordrecht. Vornamo, H., Estirnates for the emissions coming from traffic. Ympäristö ja Terveys 15, Vuorinen, J. & Mäkitie, O., The method of soil testing in use in Finland. Agrogeol. Publ. 63, 1-44.

12