Maan tiivistymisen ennaltaehkäisy konevalinnat ja töiden suunnittelu

Transkriptio

1 Sisältö Maan rakenne ja sen tiivistyminen Maan tiivistymisen ennaltaehkäisy konevalinnat ja töiden suunnittelu Maan tiivistämisen välttäminen kone-maa -systeemi peltotöiden ajoitus ja valinnat niiden yhteydessä Tiedon käyttö päätöksenteossa mittaus, tiedon hankinta tiedon kokoaminen ja käyttö Peltomaan laatutesti, Terranimo Tiivistynen maan kuohkeuttaminen Kenkävero, Mikkeli. Ravinnepiika -hanke Laura Alakukku, Maataloustieteiden laitos Yhteenveto Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Maan rakenne maalajien erot (yksi)hiukkeinen mururakenne massiivinen rakenne eri kokoiset ja muotoiset rakenne murut (aggregaatit) karkea- hienorakeinen murujen muodostuksen merkitys Kuva: Liisa Pietola /HY 21 S Kuva: M-L Westerlund, Luke Maan rakenne muruja ja huokosia Maan kiintoaines muodostaa rakenteen rungon - hiukkasten ja murujen välissä/sisällä huokosia Neste Kaasu -muru- ja huokosrakenteen Huokosto muodostuminen Eloperäinen savimaiden viljeltävyyden edellytys aines Kivennäisaines Huokosissa vettä ja ilmaa -huokosten kokojakauma, jatkuvuus ja kestävyys Maan rakenteen ylläpidon ja hoidon tavoite: kaikki maalajit: toimiva huokosto etenkin hienojakoisilla mailla: kestävä mururakenne Kuvat: Risto T. Seppälä, Luke

2 Maan tiiviys ja tiivistyminen Maa tiivistyy siihen kohdistuva voima aiheuttaa maahiukkasten uudelleen järjestäytymistä tai rikkoo muruja. huokoisuus vähenee ja irtotiheys kasvaa Maan muokkaus <> tiivistyminen Kuoheuttaa Vaikutus tiivistymiseen aika, luonnon prosessit mekaaninen lujuus Tiivistämätön Kiintoaines Vesi Ilma Tiivistetty 3 A -2 cm 3 B -2 cm Tiivis Löyhä Näytteen pinnan painuminen sadetuksessa (cm) S 1K 2S 2K 3S 3K 4S 4K Sadetuskokeen tuloksia imat Tiivistävät voimat (esim. suluissa) Ulkoapäin tulevat (liikenne) Sisältäpäin tulevat (kuivuminen) Staattinen (esim. rakennus) Dynaaminen (liikenne) Normaali (paino) Leikkaus (luisto) Tärinä (vibra) Eloperäinen maan -4 cm Säilörehunurmen ruokamultakerros Muokkaamattoman maan rakenne muokattua tiiviimpi Luontainen tasapainotila Peltoliikenne voi tiivistää Nurmen suorakylvö Tarvitaan kantavuutta Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Tiivistymishaittojen kestoaika Tiivistymän syvyys vaikuttaa Välitön vaikutus * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3-5 vuotta Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * Suomen oloissa savimaassa yli 3 vuotta * vaikea korjata Muokkaus kuohkeuttaa hetkellisesti Mikä merkitys karkeilla ja eloperäisillä mailla nurmen viljelyssä? Hietamaa 7

3 Huokosto maan LVI järjestelmä vaikuttaa ominaisuuksiin ja prosesseihin Kasvin kasvu Sadon määrä ja laatu Ravinteiden hyväksikäyttö Eloperäistä ainesta maahan Kasvutekijät maassa Vedenläpäisevyys, veden varastointi Kaasujen vaihto märässä maassa Mekaaninen vastus Ravinnetalous Eloperäinen aines, eliöstö Viljeltävyys Muokkautuvuus, vetovastus Kantavuus Liettyminen ja kuorettuminen Poudanarkuus Ojituksen toiminta kuivatus Ympäristökuormitus Pintavalunta Eroosio Ravinteiden huuhtoutuminen Kasvihuonekaasut Ravinteiden hyväksikäyttö Maan tiivistymisen välttäminen Maan-kone -systeemi aineiden liikkuminen eliöiden ja juurten kasvuympäristö Talous: ojitus ja muokkaus ongelmat, satotappiot, ympäristöhaitat Laura Alakukku, HY Kuva: Risto T. Seppälä, Luke Peltoliikenne kuormittaa maata kone/eläin-maa -systeemi Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): - maan kosteus/märkyys - löyhyys/kiinteys -elastisuus/plastisuus Kuormitus: -jännityksen suuruus, suunta -koneen massa -kuormituksen kestoaika -kuormituksen toistuvuus -kuormituksen jakaantuminen pellolla Maan pinnan rakenne ja veden imeyntä Imeyntä, cm/h Hyvä laidun Juottopaikka Jännitys = F/A Leikkaus Puristus Maan kestävyys puristuslujuus leikkauslujuus Hietamaa: kenttäkyllästetyn maan vedenjohtavuus Hyväkuntoinen laidun 13,2 cm/h, juottopaikka 2,4 cm/c osasyynä maan veden hylkivyys Ajourat säilörehunurmessa Valunta karkeiden maiden nurmella hyvin helposti pintavalunnaksi. Toholampi Turtola ym. 25 Aika, min 12 27

4 Märkä maa tiivistyy herkästi ja muokkautuu huonosti Töiden ajoitus: riski suuri aikaisin keväällä ja myöhään syksyllä 1 lokakuuta Maan kosteus kuiva maa (ei hiekka) lujaa maan kostuminen vähentää lujuutta märässä maassa kuormittava jännitys kulkeutuu syvälle huokoset täynnä vettä Keväällä Maan kosteus (cm 3 /1cm 3 ) ei puristu, mutta tahtaantuu Peltoajon määrän rajoittaminen maan ollessa märkää Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/1g) Maan liikkuminen alaspäin mm 26 lokakuuta 13 marraskuuta Syvyys, cm Syvyys (cm) Aitosavi Aitosavi Hiesu 3.5. Hiesu Syvyys (cm) Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 Aika s Arvidsson & Trautner SLU Rengasvalinta Pieni rengaspaine pieni keskimääräinen pintapaine Rengaskuorma * huomioi painonsiirto työkoneista. Lisää kuormaa ajon aikana Ajonopeus * pellolla pienempi kuin tiellä rengaspainetta voi pienentää Rengaspaine * niin pieni kuin teknisesti mahdollista Koneen vetokyky ja vetohyötysyhde * vierintävastus * pito, luisto pieneksi Pintapaine * kontaktiala Renkaan koko suurenee rengaspaineen pienentäminen +leveys lisää kantavuutta, painuessa suuri vierintävastus +halkaisija parantaa vetokykyä (telailmiö, pieni vierintävastus) Renkaiden lukumäärä *paripyörät kantavuus 1,76 kertainen vrt. yhteen pyörään * rengaspaineen lasku, jotta käytöstä hyötyä Renkaan rakenne * joustava rengas tasainen maakosketus, pintapaineen jakauma Paine (kpa) Paine (kpa) Pyörätraktori, paino 4 tn rengaspaine edessä 16 kpa takana 12 kpa Aika (s) Kumitelatraktori, paino 12,5 tn, laskennallinen pintapaine kovalla alustalla 3 kpa Aika (s) Pintapaineen jakautuminen kontaktialalla Ajosuuntaan ja sivusuunnassa huippujännityksiä Rengaspaine niin pieneksi kuin teknisesti mahdollista märissä oloissa max. 5 kpa

5 Ristikudos Rengasvalinta teknologiset valinnat Kuormitus Vyö Kuormitus Paripyörät, akselien lukumäärä ruotsalaisia tuloksia Pintapaine 159 kpa kpa 254 kg Pintapaine 114 kpa Renkaan rakenne 18.4R38 13 kpa 254 kg PneuTrac Renkaan ilmanpaine 18.4R kg Paripyörien alla sama vertikaalinen jännitys sama kuin yksittäisen pyörän alla rengaskuorma vaikuttaa ei akselipaino (vaikka renkaiden väli 1 cm) Maassa mitattu jännitys Kolmiakselinen kärry: akselit aiheuttivat kuormituspiikin Rengaskuorma vaikutti jännitykseen ei kokonaispaino akselilla Paripyörät 7/ Akseliväli 1,45 m Rengaskuorma 32 kn Rengaspaine 16 kpa Muuta Renkaiden lukumäärä Akseleiden lukumäärä mihin näillä voidaan vaikuttaa? Rengaspaine 152 kpa Kontaktiala,16 m 2 Rengaspaine 76 kpa Kontaktiala,25 m 2 Jännityksen kulkeutuminen syvyyssuunnassa ja jakautuminen sivusuunnassa A B A C Peak stress (kpa) Peak stress (kpa) Medium size, wheeled tractor.2m.2s.3m.3s Number of passes Light, rubber tracked tractor Number of passes Stress (kpa) Stress (kpa) Medium size, wheeled tractor Time (s) Light, rubber tracked tractor M.2S.3M.3S.2M.2M.3S.3S Time (s) B Alakukku ym. 22 C Peak stress (kpa) Heavy, rubber tracked tractor Number of passes Stress (kpa) Heavy, rubber tracked tractor.2s.2m Time (s) Fig. 2. Mean peak vertical normal stresses and their standard deviation (n=3), and typical stress curves induced by tractors into soil at.2 and.3 m depths. Soil was loaded by five repeated passes in the same track..2m, transducer was installed at.2 m depth beneath the centre of the rut;.2s,.2 m depth,.1 or.15 m (heavy, tracked tractor) to the side of the rut centre (see Fig. 1);.3M,.3 m depth, centre of rut;.3s,.3 m depth, side of the rut. Alakukku ym. 22

6 Miten tiivistyminen muuttaa rakennetta? Ajokertojen määrä σ Muutos huokostilavuudessa Puimuri * Kuormituksen peittävyys kuinka suuri ala kuormittuu * Toisto samassa kohtaa kuormituksen tehostaminen Viljanviljely Kasvinsuojeluruisku τ Huokosten muodossa Kylvökone Lannoitteenlevitin Traktori Tallaamis % Ajonopeus Danfors 198 *Kuormitusaika lyhenee ajonopeuden kasvaessa * Telalla pitkäkuormitusaika kontaktipinta pitkä * Koneen heilunta kuormituspiikkejä puristus leikkaus tahtaantuminen σ τ Mitä eroa kuormittajana: Vedettävä pyörä Vetävä pyörä Bolling 1987 Ajokertojen määrän vaikutus maan tiiveyteen Kosteus Tavallinen (kevät) Tavallinen Tiivistymisaste Märkä Tavallinen Kuiva Tiivistymisaste Märkä Maan tiivistymisen välttäminen Peltotöiden ajoitus ja niiden yhteydessä tehtävät valinnat Ajokertojen määrä Ajokertojen määrä Ruokamultakerroksen tiiveysaste keväällä kylvöaikaan: syyskynnetty maa S = jäykkä savi, Ml = kevyt sati, Mo LL = moreeni savi A Traktori (4 kg, taka-akseli kg, rengaspaine 11 kpa) (Ljungars 1977) B Moreenisavi 99 kg rengaskuorma, 25 kpa rengaspaine (Etana 1995) Laura Alakukku, HY Kuva: Risto T. Seppälä, Luke

7 Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet Kasvinsuojelu mekaaninen torjunta-aineet Viljelytoimet vaikuttavat maahan valinnat ja päätöksenteko niiden yhteydessä Viljelykierto Kasvinvuorotus Perus- ja paikalliskuivatus Muokkaus menetelmä syvyys Peltoliikenne tiivistäminen hiertäminen Töiden ajoitus, suunnittelu Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Töiden ajoitus: riski suuri aikaisin keväällä ja myöhään syksyllä Peltoajon määrän rajoittaminen maan ollessa märkää viljelykierto/ajoitus, kasvinvuorotus töiden suunnittelu, menetelmävalinnat: lanta säilörehunkorjuu (mm. esikuivatus), peltoliikenteen suunnittelu Suorat ja välilliset vaikutukset Paikkojen välillä vaihtelua: maalaji, topografia, sääolot Aika: välittömät, lyhyt- tai pitkäaikaiset vaikutukset Kasvinvuorotus ajoitus, maan kuivuminen, juuriston tukiverkko Tiivistymisriskin pienentäminen peltoliikenteen suunnittelu Agriculture, Ecosystems and Environment 18 (25) Juurten kokonaislukumäärä -5 cm:n kerroksessa Kasvukauden aikana. Timotei ja puna-apila 1. satovuosi Kasvilajien välillä eroja juurten määrä syvyyskasvu (nopeus, määrä) kasvudynamiikka juurten paksuus Lähde: Pietola & Alakukku 25. Agriculture, Ecosystems and Environment 18: Syysviljat, monivuotiset juuristo syvällä jo keväällä Ympäristönurmien käyttö maan hoidossa Lähde: Alakukku & Pietola julkaisematon aineisto Ajouria (ei muokkausta) Kasvuunlähdön epätasaisuus Epätasainen pinta Tiivistyminen Urat keräävät vettä Juuriston käyttö tukiverkkona (mm. eloperäiset maat) -Lohkokoko -peruslohkon keskikoko v ,3 ha -päisteajo -liittymien määrä tieltä -peltoliikenteen suunnittelu -Lohkojen muoto -päisteajo -päällekkäin ajo (ajo-opastimen käyttö) -työn sujuminen

8 Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Aikaikkunan tehokas hyödyntäminen Kiinteät ajourat? Töiden suunnittelu pelto- ja tieajon ajoitus lannan levitys: etäsäiliöt peltoajo kapeassa aikaikkunassa tieajo esim. talvella urakoitsija eri kalusto tiellä ja pellolla sadonkorjuu Menetelmien valinta lannan separointi/fraktiointi lannoitearvon nosto levitysmäärä/ha ajon vähentäminen lannan syöttöletkulevitys Korjuu-kuljetus-jatkokäsittely ketjun toimivuus Liikenteen järjestely suurilla lohkoilla Koneen kantaja? Automaatio koneiden keventäminen, liikenteen suunnittelu ja optimointi, muokkauksen keventäminen Kiinteät urat pyörille viljelyalalla ei peltoliikennettä Kehitetty: USA, UK Århusin yliopistossa peltokäyttöön rakennettu Hortibot Lähde: New Scientist 1 November 212 Yksi iso <> monta pientä Fendt paritraktori

9 Maan rakenteen hoito tietoa maan tilasta, tiedon käyttö päätöksenteossa Tiedon hallinta maaperän hoidossa Tarvitaan systeemiratkaisuja: -Teknologisten keinojen tuottaminen monipuolisen tiedon yhdistämistä mittaus tuottaa tietoa, mutta vasta tiedon hyödyntäminen tuottaa taloudellista tulosta mittausteknologian käytöstä Maan kasvukunnon ylläpito pitkäjännitteistä toimintaa -Osa viljelyn strategista suunnittelua -Mukana kaikessa operatiivisessa suunnittelussa -Maan rakenteen voi pilata nopeasti väärillä valinnoilla -esim. tiivistyminen -Rakenteen korjaaminen vaatii pitkäjännitteisyyttä Maan laadun omatoiminen havainnointi Ei ole ollut kaupallisia palveluja tai ohjeistusta maan laadun määrittämiseen omatoimiseen määritykseen ja tulosten tulkintaan tehty Peltomaan laatutesti Havainnot ja mittaukset kootaan Arvio maan kunnosta Kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet Jatkuvat mittaukset tiedon käyttö ja mallien integrointi -Tutkimuksen haasteena tuottaa tiedon ohella ratkaisuja ja välineitä -Ennusteet mallit mittaukset Mittauslukemia verrataan Luken mittausten pohjalta määriteltyihin raja-arvoihin pisteytys laatutestin tuloksiin Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia Lähde:

10 Mallien käyttö tiedon hallinnassa - päätöksenteon tuki Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Lähde: mikko.hakojarvi@helsinki.fi Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Terranimo esimerkki Mallin rakenne 1. Maan ja renkaan välinen kontaktiala ja pintapaineen jakautuminen alalla FRIDA malli (Keller, 25: Biosystems Engineering 87 Schjønning, 28: Biosystems Engineering Jännityksen jakautuminen maassa Söhnen mallin mukaan 3. Verrataan maan lujuutta ja jännitystä Jännitys > lujuus suuri tiivistymisriski jännitys < lujuus pieni tiivistymisriski Lähde: Mattias Stettlerin esitys NJF448 seminaarissa

11 Terranimo esimerkki Terranimo esimerkki Tiivistymän korjaaminen mekaaninen kuohkeutus Pohjamaan tiivistymisen mekaaninen kuohkeuttaminen Miten poistaa juurten kasvua ja aineiden liikkumista haittaava kerros/tiivistymä? Kokeiltuja keinoja a. Mekaanisesti b. Biologisesti c. Näiden yhdistelmä

12 Ennen toimenpidettä tehtävä diagnoosi Maan ominaisuudet huono läpäisevyys, esim. lätäköityminen pinnan muodot, pinnan liettyminen (mm. liian hieno muokkaus) havaittu tiivistymä, onko pelkkä penetrometrihavainto? muokkausmenetelmien välillä eroa maan hetkellinen varastointikyky, infiltraatio maan tiivistäminen: muokkauskerroksen tiivistymä ko. vuonna? Kasvusto: kasvilaji, kehitysaste, muut stressit märkyyden aikaan kylvön ajoitus suhteessa märkyyteen esim. märkyys ohran alkukehityksen aikaan näkyi kesällä 215 Johtopäätöksen maan tilan ja usean vuoden kasvustotietojen perusteella myös työketjut ja töiden ajoitukset mietittävä Jankkurointi salaojituksen yhteydessä PVO2 hankkeen tuloksia Multava hiesumaa (Sotkamo) Jankkurointi n. 4 cm syvyyteen kaistoina (ei koko alueen kuohkeutusta) Salaojitettu juuri ennen syvämuokkausta Kevätvilja ja nurmi Jankkuroinnilla ei pitkäaikaisvaikutusta maan rakenteeseen (mitattiin makrohuoston tilavuus, kyllästetyn maan vedenjohtavuus, maan mekaaninen vastus) Mekaaninen vastus jankossa viljan viljelyssä pienempi jankkuroitaessa Lähde: PVO2 loppuraportti, Jankkurointi yhdistettynä maanparannusaineisiin PETLAn tutkimus, loppuraportti v. 216 Simojoki ym Perunamaan kyntöanturan rikkominen jankkuroinnilla ja uudelleentiivistymisen hidastaminen maanparannusaineen lisäyksellä hiuemaassa. Maataloustieteen päivät: Vaikutus kesti ainakin vuoden perunamaassa Nurmi jankkuroinnin jälkeen paransi tilannetta Rakeistetun biotuhkan käyttö kuohkeutusurassa paransi tulosta Kantavuus on ollut ongelma, jos rikottu koko ala osa tiiviistä kerroksesta rikotaan Käsittelyn jälkeen Rakenteen stabilointi, vakiinnuttaminen Tavoitteena pitkä/pysyvä vaikutus Maan uudelleen tiivistymisen ehkäisy jos samanlainen viljely jatkuu kuin ennen? Puuttuu tutkimustietoa: kasvustoon jankkurointi, mekaaninen+biologinen vaikutus Yhteenveto: maan rakenteen hoito ja ylläpito tavoitteet ja toimet Rehevä kasvusto -Ottaa tehokkaasti ravinteita Maan tiivistymisen ja jättää maahan eloperäistä ehkäisy ainesta. -Huokosrakenne säilyy Muru- ja huokosrakenteen -Kuivattaa maata, jolloin läpäisevänä kestävyys savimaahan halkeamia. -Vähentää muokkaus- -Estää liettymistä, kuorettumista ja eroosiota. -Vähentää veden lätäköitymistä, tarvetta Viljelykierto Syväjuuriset ja pintavaluntaa ja maan tiivistymistä. Kalkitus monivuotiset kasvit: -Kasvien kasvu eloperäisen aineksen -Maan biologinen kertyminen, biologinen Valuntasuhde toiminta, mururakenne muokkaus, kasvipeite Pintavalunta pieneksi -Maanesteen ioniväkevyys ja kationikoostumus Hyvä vedenläpäisevyys Veden nopea imeytyminen, maan kyky varastoida hetkellisesti Muokkaus -Maan pinnan painannevarasto ja muokkauskerroksen vettä ja hyvä vedenjohtavuus Toimiva ojitus hetkellinen vedenvarastointikyky vähentävät lätäköitymistä ja pinta- -Tyhjentää nopeasti makrohuokoset suurenevat ainakin hetkellisesti. valuntaa sekä lisäävät salaojavaluntaa ja vähentää märkyyden haittoja. -Kuohkeuttaa tiivistynyttä maata. -Kasvien kasvu ja ravinteidenotto, -Luovuttaessa kynnöstä maan Biologinen toiminta maan luontaiset prosessit hyötyvät. pintakerrokseen kertyy eloperäistä -Lierot huokoistavat -Tiivistymisen riski vähenee. ainesta, mikä parantaa murujen ja murustavat maata. -Kevennetyn muokkauksen edellytys vedenkestävyyttä -Mikrobitoiminta parantaa -Muokkauksen vähentämisen Tavoite murujen kestävyyttä. -Edellytys kevennettäessä muokkausta. Maan prosessit Perustoimenpiteet edellytykset: läpäisevä rakenne, toimiva ojitus, biologinen kuohkeutus korvaa mekaanisen, tiivistymisen ehkäisy. Viljelytoimenpiteet Lähde: Alakukku et al. 28, Maa- ja elintarviketalous 12

13 Kiitos! Kuva: Ansa Palojärvi, MTT