Maan vesitalous toimivaksi

Transkriptio

1 Maan vesitalous toimivaksi Sisältö Veden kierto ja maaperä Viljelyn vaikutus maan rakenteeseen Työkaluja maan rakenteen hoitoon Yhteenveto vesitalouteen Pellon vesitalous kohdilleen tilaisuus, Vilkku hanke Tuusula Laura Alakukku, Maataloustieteiden laitos Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Veden kierto ja maaperä <> kasvien kasvu ja ympäristökuormitus Sadanta (P) + sulanta Haihdunta (E) -evaporaatio -transpiraatio P = Q+E Hydrologinen vuosi peltoviljelyssä Sadanta < haihdunta - runsaat sateet, kasvien kasvu, maan rakenteen muodostuminen, maan kantavuus, tiivistymisen ehkäisy (etenkin kevät) Sadanta > haihdunta - maan kantavuus, tiivistymisen ehkäisy, monivuotiset kasvit, vesistökuormitus, kasvihuonekaasut Painanne- Pinta- ja pintakerros varasto Imeyntä maan pinnasta Vapaa painovoimavesi Kasveille käyttökelpoinen ja käyttökelvoton vesi pintakerrosvalunta (Q 1,2 ) Kenttäkapasiteetissa maahan jäävä vesi Kuivatus + pohjavesivalunta (Q 3 ) Suotautuminen pohjavedeksi Kapillaarinen nousu Pohjavesi Lähde: Pieni salaojakirja (22) Kuva:

2 Maan toiminnot hiukkasten pinnoilla ja huokosissa Maan kiintoaines muodostaa rakenteen rungon - hiukkasten ja murujen välissä/sisällä huokosia -muru- ja huokosrakenteen muodostuminen savimaiden viljeltävyyden edellytys Huokosissa vettä ja ilmaa -huokosten kokojakauma, jatkuvuus ja kestävyys Neste Huokosto Kivennäisaines Kaasu Eloperäinen aines Maan rakenteen ylläpidon ja hoidon tavoite: kaikki maalajit: toimiva huokosto etenkin hienojakoisilla mailla: kestävä mururakenne Vesi ja ilma maan huokosissa maalajien välillä eroja Maan kosteus paino % , Maaveden imu kpa -Savi- ja hietamaan vedenpidätysominaisuudet kylvömuokkauskerroksessa Mitä maan kosteus (tilavuus tai gravimetrinen) kertoo? Maaveden potentiaali: kuinka lujasti vesi pidättynyt maahan Hiedankin pinta voi liettyä ja veden imeytyminen hidastua -Hiedan hetkellinen veden varastointikyky märissä oloissa pienempi saveen verrattuna Hieta Savi Kuva: Risto T. Seppälä Lähde: Alakukku ym. (26) Vesi ja ilma maan huokosissa liikkuminen Huokosissa vettä ja ilmaa -huokosten koko ja jatkuvuus Luonnossa energiaerot pyrkivät tasoittumaan vesi liikkuu pienenevän potentiaalin suuntaan märästä kuivaan Kyllästetyn maan vedenjohtavuus > Kyllästämättömän maan vedenjohtavuus Tavoite: märässä maassa vesi nopeasti syvemmälle mm. pintavalunnan vähentäminen ilmanvaihto veden ja ilman liikkuminen veden imeytyminen, läpäisevyys ilmanvaihto, kaasujen diffuusio -Suurten huokosten tilavuus ja jatkuvuus tärkeitä märässä maassa Kuva: Myllys ym. (216) KM 12/216 Ksat (cm h -1 ) Porosity >.3 mm (m 3 1 m -3 ) Kyllästetyn maan vedenjohtavuus Suuret huokoset J2 >,3 mm > cm kerros Kaksi savimaata erilainen rakenne J2 J2 cylindrical pores >2 mm (number m -2 ) Porosity.3-.3 mm (m 3 1m -3 ) Lierokäytävien määrä > 2 mm J2 Suuret huokoset,3,3 mm J2 Ei merkittäviä eroja: -maan raekoostumus -maan vedenpidätysominaisuudet Erot: -vuosien 22-4 keskiarvona sato 15 % > J2 sato 47 kg ha -1 vs. 39 kg ha -1 -J2 arka ääreville olosuhteille -J2 pellon sisäinen vaihtelu suuri Lohkojen välillä ero K sat ja lierokäytävien määrä Lähde: Ristolainen ym. (26)

3 Viljelytoimien vaikutus maan rakenteeseen ja vesitalouteen Viljelytoimet vaikuttavat maan rakenteeseen kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin Viljelykierto Kasvinvuorotus Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet Muokkaus Peltoliikenne tiivistäminen hiertäminen Kasvinsuojelu mekaaninen torjunta-aineet Perus- ja paikalliskuivatus Suorat ja välilliset vaikutukset Paikkojen välillä vaihtelua: maalaji, topografia, sääolot Aika: välittömät, lyhyt- tai pitkäaikaiset vaikutukset Kuivatus muuttaa maan ominaisuuksia -Kuivatus savimaan kuivuminen/kostuminen kutistuminen/paisuminen makrohuokosia, muruja biologiset prosessit lierokäytäviä, juurikanavia, mikrobitoiminta eloperäiset maat: maatuminen maan vedenpidätyskyky kasvaa, K sat pienenee Missä vika? Pellon vesitalouteen liittyviä oireita Veden imeytyminen syvälle maahan Pellon pinnanmuodot Sateen/kuivuuden kesto Maan luontainen tiiveys ja koneiden aiheuttama tiivistyminen Poudanarkuus Vähäsateisina vuosina veden puute

4 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 poudankestävyys maan tiivistäminen: muokkauskerroksen tiivistymä ko. vuonna? Kasvusto: kasvilaji, kehitysaste, muut stressit märkyyden aikaan kylvön ajoitus suhteessa märkyyteen/kuituuteen esim. märkyys ohran alkukehityksen aikaan näkyi kesällä 215 juuriston kasvu: milloin syvällä Pintavedet kaltevilla pelloilla talvehtiminen, eroosio, kantavuus Johtopäätöksen maan tilan ja usean vuoden kasvustotietojen perusteella myös työketjut ja töiden ajoitukset mietittävä Kasvinvuorotus kasvipeitteisyys eloperäinen aines huokoistuminen Maan pintaan jäävän eloperäisen aineksen määrä - kasvipeite, eroosion esto (suoja ja sitominen), mururakenne, haihtuminen (transpiraatio) Kasvipeitteen kestoaika, juuriston kasvu - yksivuotiset, kaksivuotiset, monivuotiset - kerääjäkasvit: alus- ja pyydyskasveja (ravinteiden välivarasto) (aluskasvi kylvetään satokasvin kanssa samaan aikaan ja kerääjäkasvi vasta sadonkorjuun jälkeen. Kerääjäkasvin sato ei korjata: muokkaus viherlannoitukseksi syksyllä tai keväällä) Maan rakenteen parantaminen tai ylläpito Eloperäisen aineksen (C) kerryttäminen mururakenne ja vedenpidätysominaisuudet (etenkin karkeat maat) Juuret: kuivuminen/kostuminen savet, juurikanavat Mahdollisuus monipuolistaa kasvinvuorotus eloperäisen aineksen määrä, kasvien juuret muokkaajina Viljelykasvin ja kuivumisen vaikutus murujen kestävyyteen liettyminen, kuivuminen, eroosio Maan kuivuminen stabiloi muruja syysmuokkaus mahdollisimman aikaisin sadonkorjuun jälkeen typen mobilisaatio? NTU/g 14 4 Nurmella olleen maan murut kestävämpiä 2 kuin vuosittain muokatun maan grassland cultivated air-dried field-moist air-dried field-moist soil B Turbidity eli sameus soil G Lähde: Soinne 211 HENVI seminaari Orgaanisten ylitteiden käyttö maan eloperäisen aineksen lisäämisessä

5 Kasvin vuorotus eloperäinen aines, juurten biologinen muokkaus, kasvipeitteisyys Kasvilajien välillä eroja juurten määrä syvyyskasvu (nopeus, määrä) kasvudynamiikka juurten paksuus Syysviljat, monivuotiset juuristo syvällä jo keväällä Juurten lukumäärä/12 cm 2 Syvyys -5 cm Ohra Kaura Rypsi Raiheinä Tähkällä Muokkaa viisaasti Ympäristönurmien käyttö maan hoidossa Päivää vuoden alusta Lähde: Pietola & Alakukku 25. Agriculture, Ecosystems and Environment 18: Vuoden sinimaisen juuristo heinäkuussa. Savimaa 18 Pohjamaan tiivistymisen mekaaninen kuohkeuttaminen Jankkurointi salaojituksen yhteydessä PVO2 hankkeen tuloksia Savimaan jankkurointi 4-5 cm:n syvyyteen aurasalaojituksen jälkeen pohjaveden pinta alempana sateisina kausina tulokset viittasivat: lierojen määrä vähentynyt viljan sadossa ei merkittäviä eroja Miten poistaa juurten kasvua ja aineiden liikkumista haittaava kerros/tiivistymä? Kokeiltuja keinoja a. Mekaanisesti b. Biologisesti c. Näiden yhdistelmä Pelto aurasalaojituksen jälkeen. Kuva: Laura Alakukku Kuva: Laura Alakukku Lähde: PVO2 loppuraportti, Kuva: Merja Myllys, Luke

6 Jankkurointi salaojituksen yhteydessä PVO2 hankkeen tuloksia Käsittelyn jälkeen Rakenteen stabilointi, vakiinnuttaminen à Tavoitteena pitkä/pysyvä vaikutus Maan uudelleen tiivistymisen ehkäisy à jos samanlainen viljely jatkuu kuin ennen? Multava hiesumaa (Sotkamo) à Jankkurointi n. 4 cm syvyyteen kaistoina (ei koko alueen kuohkeutusta) à Salaojitettu juuri ennen syvämuokkausta à Kevätvilja ja nurmi à Jankkuroinnilla ei pitkäaikaisvaikutusta maan rakenteeseen (mitattiin makrohuoston tilavuus, kyllästetyn maan vedenjohtavuus, maan mekaaninen vastus) à 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: à Vaikutus kesti ainakin vuoden perunamaassa à Nurmi jankkuroinnin jälkeen paransi tilannetta à Rakeistetun biotuhkan käyttö kuohkeutusurassa paransi tulosta Kantavuus on ollut ongelma, jos rikottu koko ala à osa tiiviistä kerroksesta rikotaan Perunantutkimuslaitoksen vetämä hanke menossa: jankkurointi+maanparannusaineet Puuttuu tutkimustietoa: kasvustoon jankkurointi, mekaaninen+biologinen vaikutus Maan kerroksellisuus ja luontaiset tiivistymät Maan tiivistymisen välttäminen Peltotöiden ajoitus ja niiden yhteydessä tehtävät valinnat Kuva: Risto T. Seppälä

7 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 Jännitys = F/A Leikkaus Maan kestävyys puristuslujuus leikkauslujuus Puristus Peltotöiden ajoitus lyhyen kasvukauden hyödyntäminen -Töiden ajoitus ja maan kuivatus: kuivatuksen nopeus ja tavoite kasvukauden hyödyntäminen (ajoitus ja kasvilaji/lajike) ravinteiden kierrätys, mm. lannan levitys keväällä maan laadun säilyttäminen maan tiivistymisriskin pienentäminen muokkauskerros välitön haitta pohjamaa pitkäaikainen haitta Arvidsson ym. (23). Soil & Tillage Research 73: cm syvyys 8 tn rengaskuorma 22 kpa rengaspaine Maan kosteus simuloitu Syvyys (cm) Syvyys (cm) Keväällä Maan kosteus (cm 3 /1cm 3 ) Aitosavi Aitosavi Hiesu 3.5. Hiesu Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/1g) Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 Tiivistymishaittojen kestoaika tiivistymän syvyys vaikuttaa Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * luonnon prosessit vaikuttavat hitaasti * vaikea korjata Tärkeää välttää Välitön vaikutus * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3-5 vuotta savimaa, karkea ja eloperäinen maa vähemmän Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Aikaikkunan tehokas hyödyntäminen 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 letkulevitys Korjuu-kuljetus-jatkokäsittely ketjun toimivuus Liikenteen järjestely suurilla lohkoilla

8 Tiivistymisriskin pienentäminen peltoliikenteen suunnittelu Ajouria (ei muokkausta) Kasvuunlähdön epätasiasuus Epätasainen pinta Tiivistyminen Urat keräävät vettä -Lohkokoko -peruslohkon keskikoko v. 28 2,4 ha -päisteajo -liittymien määrä tieltä -peltoliikenteen suunnittelu UTOPUS at work. Left: extended configuration, the anchors of the forward frame are now engaged and the plows of the rearward frame will till. Right: contracted configuration. The anchors on the rearward frame will now engage, and the plows on the forward frame will till. Juuriston käyttö tukiverkkona (mm. eloperäiset maat) -Lohkojen muoto -päisteajo -päällekkäin ajo (ajo-opastimen käyttö) -työn sujuminen Source: Blair M McKenzie 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

9 Maan mekaaninen vastus kantavuuden mittari Maan tiivistyminen mitä penetrometri kertoo? Savimaa toukokuu Maan tiivistymisen vaikutukset ja niiden kestoaika Hiuesavimaa toukokuu 213 Penetrometrivastus (MPa) Penetrometrivastus (MPa) Syvyys (cm) Suorakylvö, no-till Sysyyv (cm) Suorakylvö, Kyntö ploughing 5 Suorakylvö, Sänkimuokkaus cultivation 6 Kuitukoe, Suorakylvö no-till Kuitukoe, Kyntö ploughing Kuitukoe, cultivation Sänkimuokkaus Ohran sato 2-14 Kyntö 1 sänkimuokkaus 97 suorakylvö 83 % Ohran sato Kyntö 1 sänkimuokkaus 96 suorakylvö 97 % Lähde: TALMA hankkeen loppuraportti Jatkuvat mittaukset tiedon käyttö ja mallien integrointi -Tutkimuksen haasteena tuottaa tiedon ohella ratkaisuja ja välineitä -Ennusteet mallit mittaukset Mallien käyttö tiedon hallinnassa - päätöksenteon tuki Lähde: Lähde: mikko.hakojarvi@helsinki.fi

10 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 Mittauslukemia verrataan Luken mittausten pohjalta määriteltyihin raja-arvoihin pisteytys laatutestin tuloksiin Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Tanskalainen alusta Sveitsiläinen alusta Yhteenveto 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 Alakukku et al. 28, Maa- ja elintarviketalous 12 mm Veden saatavuus sadon määräytyessä Sadon määräytymisen aikaan saadaan sadetta vain 3-5 % tarpeesta v sadanta ohran kasvun kannalta kriittisimpään aikaan: satoikkuna tehoisaa lämpösummaa kylvöstä mm v evaporaatio ohran kasvun kannalta kriittisimpään aikaan Tulevaisuudessa ennuste: Veden saatavuus per tuotettavissa oleva biomassatonni laskee merkittävästi nykyisestään Lämpötilan nousu lisää haihduntapainetta ja kuuroluonteisten sateiden yleistyminen heikentää veden käytön tehokkuutta Viljelyn vedenkäytön tehokkuutta parannettava Kastelun tarve lisääntyy Peltonen-Sainio, P., Jauhiainen, L. Peltonen-Sainio P, Jauhiainen L, & Hakala, K Hakala K & Ruosteenoja K, 212.

11 Veden käytön tehostaminen maataloudessa Veden käyttö usein tehotonta saatavuus (määrä, ajoitus): kasvin kasvu hyötysuhde: kg tuotetta/kg vettä Keinoja tehostaa veden käyttöä kasvintuotannossa -Maan kosteuden säätäminen katteet, muokkauksen vähentäminen, juurten kasvuedellytykset mittaus ja mallitus avuksi -Kasvin vedenkäytön tehostaminen kasvin jalostus satokuilun kaventaminen geelikylvö Kiitos! Kuva: Ansa Palojärvi, MTT