Heinänurmien kasvutapa ja korjuustrategiat

Transkriptio

1 Heinänurmien kasvutapa ja korjuustrategiat Kirsi Pakarinen ja kumppanit MTT Maaninka, MTT Ruukki, Helsingin yliopisto NURFYS-hanke KARPE-hanke 1

2 Nurmikasvien jaottelua Jako yhteyttämistavan perusteella: C 3 - ja C 4 -kasvit Jako yksi- ja kaksisirkkaisiin Jako typensidonnan osalta: palkokasvit ja muut nurmikasvit (pääosin heinäkasveja) Jako yksi- tai monivuotisiin (Jako energiasisältötyypin perusteella: kuitu- ja tärkkelyskasvit) Kuva: MTT/Elina Juutinen 2

3 Mitä nurmen satofysiologiatutkimus on? Kasvuston ajallisen kehityksen ja ominaisuuksien vaihtelun yhteisvaikutusten selvittämistä Kuinka nämä tapahtumat ajoittuvat? Mikä merkitys näillä tapahtumilla on satomäärään? Mikä merkitys näillä tapahtumilla on sadon laatuun? Nurmikasvuston kehitysjakso Versonta - tiheyden kehitys Lehtien ilmestyminen ja kasvu Pseudokorsi Aitokorsi Kukinnot Kuihtuva ja kuoleva materiaali Merkityksellisten ilmiöiden osoittamista ja kvantifiointia! 3

4 Suomen kasvuolosuhteet ja niiden vaikutus nurmen kasvuun 4

5 Nurmi(heinä)kasvien vuosikierto Lähde: Virkajärvi & Pakarinen (2010), Nurmirehujen tuotanto ja käyttö, Tieto Tuottamaan 132 5

6 Olosuhteet 3 niittoa Eri niittokerroilla korjattavien satojen kasvujaksojen keskilämpötilat ja olosuhteet: Säteily W m -2 Päivänpituus Säteily 150 Keskilämpötila PVM Lämpötila, C; päivänpituus, h sato: noin + 10 ºC, kohoava lämpötila, pitenevä päivä, kasvava säteily 2. sato: noin + 17 ºC, kohoava lämpötila, lyhenevä päivä, vähenevä säteily 3. sato: noin + 12 ºC, vähenevä lämpötila, lyhenevä päivä, voimakkaasti vähenevä säteily 6

7 Lämpötilan vaikutus timotein sadonmuodostukseen Bertrand ym. (2008) Päivänpit uus Lämpötila Keskiläm pötila KA-sato ADL WSC 15 17/ / / / SEM P *** *** *** *** Päivänpit uus IV-kasulavuus Kaikki tulokset eivät kuitenkaan ole samankaltaisia T C IVTD Lämpötil KA-sato IV-kasulavuus RV WSC a 15/ / Norheim-Viken ym. (2009) Optimilämpötila noin 17 ºC Lämpötilan noustessa metabolia nopeutuu ja sulavuus laskee Pitkä päivä lisää sadontuottoa, mutta ei laske sulavuutta Ilmaston muutos ja rehuarvo? 7

8 Versominen: tiheyden kehitys keväällä Varjostus kasvaa versolukumäärä laskee Korrenkasvu vaatii paljon energiaa versominen tyrehtyy Number of tillers per m Tiller density of all tillers m-2 Tiller density of vegetative tillers m- 2 Tiller density of generative tillers m- 2 LAI Valon R/FR-suhde kasvuston alaosassa Kasvupisteen hormonaalinen säätely vähäisemmässä roolissa Date in year 1997 Lähde: Virkajärvi ym. (2003) Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 8

9 Versominen: sato nurmen vanhetessa Kolme koesarjaa (timotei, nurminata, ruokonata; ei rikkakasvien torjuntaa) Kuiva-ainesato kg/ha/vuosi Kaksi mahdollisuutta pitää tiheys kunnollisena: a) Rikkatorjunta ja täydennyskylvö (jo 2. nurmivuonna!), nurmen iän jatkaminen täydennyskylvöillä jopa 6-8 vuoteen Nurmen ikä MTT Maaninka MTT Ruukki MTT Rovaniemi MTT Jokioinen Lähteet: MTT Maaninka (julkaisematon); Nissinen & Hakkola (1994); Nissinen & Hakkola (1994); Niemeläinen (2004) b) Nurmen uudistaminen 3. nurmivuoden jälkeen 9

10 Kasvupisteen (apex) kehitys timoteillä Vegetatiiviset eli kasvulliset kasvupisteet Generatiiviset eli suvulliset kasvupisteet Kukka-aihiot Lähteet: Luokitus: Sweet et al. (1993) Grass and Forage Science. Kuvat: MTT/Kirsi Pakarinen 1

11 Kasvupiste ja korren rakenne Kasvupisteen (apex) kehitysvaihe (A1 14) ei säätele korren tukisolukon kehitystä ilmeisesti kyse on mekaanisen tukisolukon kehityksen tarpeesta (korren pituus, tuuli, säteily ) A1 A2 Kevätkasvu Jälkikasvu Jälkikasvu Kuvat: Mervi Seppänen & Lilia Sarelainen 2006 Lehtitupet saattavat sisältää enemmän ligniiniä ja siten sulaa heikommin kuin itse korsi! esim. lehtitupet g/kg ka, korsi 100 g/kg ka A3 A4 Syyskasvussa korret tavallisesti täyttyneempiä ja siten sulavampia Lähde: Seppänen et al. (2010) Annals of Botany 106(5): ; Kärkönen et al. (2012) A5 A

12 Nurmiheinien versotyypit 12

13 Timotein versotyypit Aito generatiivinen verso (GEN) = kukinto näkyy tai tuntuu + aitokorsi Vegetatiivinen elongoitunut (ELONG) = aitokorsi + vegetatiivinen kasvupiste Vegetatiivinen verso (VEG) = vegetatiivinen kasvupiste, ei aitokortta Kuvat: MTT/Perttu Virkajärvi 13

14 Versotyyppien erottelu 2. niitossa (IKI-timotei) Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 14

15 Sadon muodostuminen 1. ja 2. niitossa versotyypit timoteillä ja ruokonadalla Niitto 1 Niitto Nuoli= ajan suunta 1200 Verson paino, mg DM verso Verson paino, mg DM verso Tim VEG TF VEG 800 Tim ELONG TF ELONG 600 Tim GEN TF GEN Verson koko, mg ka/verso Tim VEG TF VEG Tim ELONG TF ELONG Tim GEN TF GEN 0 Versoja per m Versotiheys, kpl m -2 Versotiheys, kpl m -2 Timotei (Tim): korrellisten versojen koon kasvu korsiosuuden laatu tärkeää Ruokonata (TF): VEG koon kasvu (ja määrän nousu), 2. sadossa vain VEG Lähde: Virkajärvi et al. (2012) Crop Science 52:

16 Versojen merkitys kasvuprosessille Timotein (Iki) versojakauma % VEG ELONG GEN Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 16

17 Versojen merkitys kasvuprosessille Nurminadan (Ilmari) versojakauma % VEG ELONG GEN Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 17

18 Versojen merkitys kasvuprosessille Ruokonadan (Retu) versojakauma % VEG ELONG GEN Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 18

19 Seuraus: jälkikasvukyky 10 vrk niiton jälkeen GRINDSTAD (tim) IKI (tim) ILMARI (nn) RETU (rn) Kuva: MTT/Perttu Virkajärvi 19

20 Versojen kasvun jatkuminen niiton jälkeen - emoversovaikutukset vuosina Jälkikasvu lähinnä uusia tytärversoja 1. sadon versot jatkavat kasvuaan Uusia tytärversoja Lähde: Pakarinen ym. (2011) Proceedings of the 10th Research Conference of British Grassland Society Timotei (Tammisto II) 2. sato perustuu tytärversojen syntymiseen Vain hyvin harva 1. sadon vegetatiivisista versoista (VEG) jatkaa kasvuaan 1. sadon elongoituvat (ELONG) ja generatiiviset (GEN) tuottavat hyvin jälkikasvua 2. satoon muodostuu kaikkia eri versotyyppejä (VEG II, ELONG II ja GEN II) Ruokonata (Retu) 2. sato perustuu jo keväällä syntyneiden versojen kasvun jatkumiseen vahvat vegetatiiviset versot jo 1. niitossa versot eivät kuole niitossa! 2. niitossa käytännössä kaikki versot vegetatiivisia (VEG II) 20

21 Jälkikasvuun vaikuttavat kasvustotekijät Niitossa säilyvä lehtiala (LAI) = kasvin yhteyttämiskoneisto Kasvupisteet ja -vyöhykkeet määrä ja aktiivisuus/lepotila, vegetatiiviset versot Hiilihydraattivarastot (vesiliukoiset WSC, ei-rakenteelliset TNC) Typpivarastot vegetatiiviset varastoproteiinit (VSP), muut mahdolliset yhdisteet Emoversotyyppien vaikutus jälkisadon versokokoon Kokonaispituus, ojennettu (mm) Ylimmän lehtitupen korkeus (mm) n VEG I ELONG I GEN I SEM p VEG I ELONG I GEN I SEM p Timotei, jälkisato , ,4 Ruokonata, jälkisato ,8 0, ,7 0,065 Lähde: Pakarinen ym. (2011) Proceedings of the 10th Research Conference of British Grassland Society 21

22 Mitä merkitystä on kasvupisteen kehityksellä ja korrenmuodostuksella? VEGETATIIVINEN VEGETATIIVINEN ELONGOITUVA GENERATIIVINEN Lehtien muodostus Tuottaa uusia lehtiaiheita Tuottaa uusia lehtiaiheita Ei lehtiaiheita vaan kukkaaihioita Lehtien kehitys ja fotosynteesikapasiteetti (FS) Tupen sisällä, varjossa alhainen FS-kapasiteetti Kasvuston yläosassa, valossa korkea FS-kapasiteetti Kasvuston yläosassa, valossa korkea FS-kapasiteetti Säteilyn absorbointi Lehdet varjostavat toisiaan Tehokas kasvuston rakenteen vuoksi Tehokas kasvuston rakenteen vuoksi Jälkikasvukyky Nopea: lähtee olemassa olevista meristeemeistä Hidas: lähtee sivusilmuista Hidas: lähtee sivusilmuista Solukon aktiivisuus Lehtisolukon hengitys suurta Korsisolukossa alhainen metabolinen aktiivisuus mutta enemmän lehtisolukoita Korsisolukossa alhainen metabolinen aktiivisuus Lehtien kuolema Kilpailutilanteessa nopea? Kilpailutilanteessa hidas? Kilpailutilanteessa hidas Sulavuus Korkea eikä laske kovin nopeasti Suhteellisen korkea ainakin nuorella asteella Alussa korkea mutta laskee nopeasti 22

23 Rehuarvon kehitys versoissa, versonosissa ja siten koko kasvustossa 23

24 Korrellisten versotyyppien laatuerot LWR = lehtiosuus Lähde: Pakarinen et al. (2008), Grassland Science in Europe 13 Versojen osuudet sekä laatuerot selittävät hyvin nurmisadon kehityksen etenkin jälkisadossa ELONG-versot = suht lehteviä, korsiosuus nuorta Huom! Versotyypit eivät selittäneet erilaisten timoteigenotyyppien laatueroja 24

25 Timotein korren kehitys - poikkileikkaus A) Varhainen kehitysvaihe: johtojänteen puuosan protoksyleemi puutunut (pun). Floroglusinolivärjäys B) Johtojänteen puuosa puutunut (pun.), kuoren tukisolukko osittain puutunutta (kelt.). Floroglusinolivärjäys Merkityksellistä märehtijän sulatuksen kannalta Kokonaismäärä, ristisidokset, hydrofobisuus Ligniinimäärää voitaisiin alentaa jalostuksella, mutta se johtaa helposti lakoontumisen lisääntymiseen tauti- ja tuholaiskestävyyden alenemiseen matalampiin satoihin Lehtituppien ligniinimäärä on myös merkittävä! C) Korsi vahvasti puutunut (pun.). Mäule-värjäys Lähde: Kärkönen et al. (2010). Kuvat: Lilia Sarelainen

26 Timotein korren kehitys ligniini ja rehuarvo a) b) c) Korsimateriaalin vastaava kemiallinen koostumus pvm D-arvo (g/kg ka) NDF (g/kg ka) indf (g/kg ka) Ligniini (g/kg ka) ,9 indf/ ligniinisuhde , ,2 Kuvat: Mervi Seppänen & Lilia Sarelainen

27 Erot korren sulavuudessa lajikkeiden välillä Erot korren rehuarvoissa ovat hyvin selkeitä eri kehitysasteiden välillä (phenological stage) mutta myös eri tavoin sulavien jalostuslinjojen (digestibility group) välillä Lähde: Kärkönen ym. (2012) Proceedings of the XVI International Silage Conference 27

28 Timotein ja ruokonadan sekä korren ja lehden erot: indf/ligniini-suhde ja anatomia indf/ligniini-suhde timotein ja ruokonadan korsissa ja lehdissä Pääsato Timotei SEM Ruokonata Jälkisato SEM Timotei SEM Ruokonata SEM Korret Lehdet Timotein lehti Ruokonadan lehti Ruokonadan korsi ja lehtituppi Kuvat: Mervi Seppänen & Lilia Sarelainen 2006 Timotein lehti hyvin sulavaa! Lehtituppi sulavuudeltaan enemmän korren kuin lehtilavan kaltainen 28

29 Kasvuston kehitysvaihe ja D-arvo MTT Maaninka (julkaisematon) D-arvo, % niitto y = -0.42x R 2 = Kasvuston kehitysvaihe (Simon & Park 1981) Kasvuston keskimääräinen kehitysaste (MSW, Mean Stage by Weight; Simon & Park 1981) 21 = 1 lehtituppi pidentynyt 22 = 2 lehtituppi pidentynyt 31 = 1 solmu 32 = 2 solmua 37 = lippulehti juuri näkyvissä 39 = lippulehti täysin valmis 45 = tuppi turvonnut 50 = ylin 1-2 cm tähkästä/röyhystä näkyvissä 52 = 1/4 tähkästä esillä jne Lin. (Kaikki) 29

30 Kasvuston kehitysvaihe ja D-arvo D-arvo: alle 600 Lippulehden kieleke näkyvissä (39) Tuppi turvonnut (45) Tähkä juuri 1-2 cm näkyvissä (50) Tähkän tyvi näkyvissä, (58) tähkän pää lippulehden tyven tasolla Tähkän tyvi näkyvissä, (58) tähkän pää lippulehden tyven tasolla Tähkän tyvi näkyvissä, (58) ylin korsinivel pidentynyt selvästi Tutkimuksessa kehitysvaiheen määrittely kohtuullisen tarkkaa, mutta käytännössä edistyneimmät versot huomataan koko kasvuston D-arvo ei ole niin alhainen kuin tässä 30

31 Kasvuston kehitysvaihe ja sulavuus ruotsalaisten tutkimusten mukaan MJ/ kg ka Lähde: Gustavsson (2010) MJ/kg ka MJ/kg ka Aika D-arvo g/kg ka = MJ/0,016 Vuosivaihtelu; Laji, ja lajikeerot Tähkälletulo on kriittinen vaihe, jonka jälkeen rehuarvon lasku nopeaa korjuuseen aikaa 0-5 päivää vuodesta riippuen Syyt: Uusia lehtiä ei muodostu Korteen ei muodostu uusia soluja olemassa olevien soluseinien paksuuntuminen ja lignifioituminen Korren funktio on ravinteiden ja veden kuljetus tähkään Ilmiö ei näy erityisen hyvin suomalaisissa isoissa aineistoissa, mutta yksittäisissä kyllä (Nissinen ym. 2010) 31

32 Kuolleen solukon osuuden muutos kasvuajan pidentyessä - normaali niittokorkeus Lehtien elinikä (Jokioinen 2002, Maaninka 2009, 2010 ja Siikajoki 2009) Timotei Kevät: 36 vrk (n. 210 ºC vrk) Syksy 34 vrk (n. 290 ºC vrk) Nurminata Kevät: 34 vrk (n. 230 ºC vrk) Syksy 48 vrk (n. 460 ºC vrk) Lähteet: Kuoppala et al. (2008), Sairanen ym. (2010) Lehtien elinikä ja kuolleen solukon osuuden kasvu näyttävät osuvan yksiin Kuolleen solukon sulavuus on heikompi kuin elävän Kiinnittynyt kuollut -15% Irrallinen kuollut -30% Kuolleen solukon osuus (%) sato: y = 0.046x R² = sato: y = 0.033x R² = sato: y = 0.013x R² = Kasvuun vaikuttanut lämpösumma ( C vrk) Timotei ja nurminata 1. sato 2. sato 3. sato Lähde: Pakarinen ym. (2012) 32

33 Käytännön korjuuaikavalinnat 33

34 Korjuuaikastrategia on tilaja lohkokohtainen ratkaisu Valintoihin vaikuttaa mm. Viljelyalue, paikallisilmasto, maalajit Tuotantosuunta Tuotostasotavoite (maitotuotos, lihatuotos) Pellon riittävyys Kasvilaji- ja lajikevalinnat Kone- ja työntekijäresurssit Sääolosuhteet Kuvat: MTT/Elina Juutinen 34

35 Kuiva-ainesadot Ruukki ja Maaninka Koko kasvukauden sato lisääntyi kg ka/ha/pv, kun ensimmäistä niittoa myöhästytettiin Ruukissa erot strategioiden välillä olivat suurempia Maaningalla typpi on ehkä rajoittanut kasvua (kivennäismaa) 3 niiton strategian satotasoja voisi nostaa oikeilla laji- ja lajikevalinnoilla! 35

36 ME-sadot Ruukki ja Maaninka Ruukki Maaninka Kolmella niitolla saadaan hyvin sulava kokonaissato lypsykarjan ja lihanautojen ruokinta helppoa Erittäin myöhäisellä korjuulla hyvin eri tavoin sulavia rehuja (kivennäismailla) tai tasaisen heikko sulavuus vaatii enemmän ruokintaosaamista, jos tuotostavoitteet korkealla 36

37 Korjuustrategiat vaikuttavat koko tilan pellonkäyttöön ja ostorehujen määrään Esimerkkitilana lypsykarjatila, jossa peltoa 1,2 ha/lehmä (sis. uudistuksen). Tuotostavoite 9000 ekm/v. Rypsi ostetaan ha Ostovilja ha Oma vilja ha Säilörehu ha Aikainen Myöhäinen Erittäin myöhäinen Kolme niittoa Ostoviljan tarve ei käytännössä muutu, mutta valkuaisrehun ostotarve voi muuttua enemmän Säilörehualantarve pienenee, kun korjuuaikaa myöhästytetään Satotaso kasvaa Heikommin sulavaa säilörehua syödään vähemmän ja koska sitä täydennetään korkeammalla väkirehumäärällä, vähentää tämä edelleen säilörehun syöntiä 37

38 YHTEENVETO Kasvuston kehityksen tärkeimmät tapahtumat: versominen, korren muodostus, kukinta, solukkojen kuolema versojen jälkikasvutapa Eri nurmikasvilajit poikkeavat toisistaan kasvuprosessien osalta ja nämä erot on hyvä tuntea Erot tuntemalla nurmien viljelyä on mahdollista hallita paremmin Kasvustojen tarkastelu on olennainen juttu! Timotei on kasvutavaltaan selvästi nadoista ja raiheinistä eroava laji Kevään ja loppukesän kasvuolosuhteiden erojen merkitys ja sadonkorjuun ajoittaminen Oman tilan korjuustrategiat ovat tila- ja lohkokohtaisia ratkaisuja 38

39 Kiitokset mielenkiinnosta! Kuvat: MTT Maaningan kuva-arkisto 39