Maan tiivistyminen mikä maassa menee pieleen?

Transkriptio

1 Sisältö Maan rakenne ja sen tiivistyminen Maan tiivistyminen mikä maassa menee pieleen? HAMK, Hämeenlinna, Elinvoimainen maatalous -hanke Laura Alakukku, maataloustieteiden osasto Maan tiivistyminen kone-maa -systeemi peltotöiden ajoitus ja valinnat niiden yhteydessä Tiedon käyttö päätöksenteossa mittaus, tiedon hankinta tiedon kokoaminen ja käyttö Peltomaan laatutesti, Terranimo Yhteenveto Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi 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 Maan muokkaus <> tiivistyminen Kevät Kylvö- Kesä imat Syyskyntö muokkaus Näytteen pinnan painuminen sadetuksessa (cm) S 1K 2S 2K 3S 3K 4S 4K Sadetuskokeen tuloksia (Lähde: Alakukku ym. 24) Kuoheuttaa Vaikutus tiivistymiseen aika, luonnon prosessit mekaaninen lujuus Tiivistävät voimat (esim. suluissa) Ulkoapäin tulevat (peltoajao) Sisältäpäin tulevat (kuivuminen) Staattinen (esim. rakennus) Dynaaminen (peltoajo) Normaali (paino) Leikkaus (luisto) Tärinä (vibra)

2 Maan tiiviys ja tiivistyminen Maa tiivistyy siihen kohdistuva voima aiheuttaa maahiukkasten/murujen uudelleen järjestäytymistä tai voima rikkoo muruja huokoisuus vähenee ja irtotiheys kasvaa. Huokosten jatkuvuus huononee Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Tiivistymishaittojen kestoaika Tiivistymän syvyys vaikuttaa Välitön vaikutus (ei muokkausta tiivistymisen jälkeen) * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3-5 vuotta Kiintoaines Vesi Ilma Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * Suomen oloissa savimaassa vähintään 3 vuotta * vaikea korjata Tiivistämätön Tiivistetty Kuvat: Risto T. Seppälä, Luke 3 A -2 cm 3 B -2 cm Tiivis Löyhä Schjønning ym. (213) Soil Sci. Soc. Am. J. 77: Huokosto maan LVI järjestelmä sen tiivistyminen vaikuttaa ominaisuuksiin ja prosesseihin Viljeltävyys Kasvin kasvu Muokkautuvuus, Sadon määrä ja laatu vetovastus Ravinteiden hyväksikäyttö Kantavuus Eloperäistä ainesta maahan Liettyminen ja kuorettuminen Poudanarkuus Ojituksen toiminta kuivatus Kasvutekijät maassa Vedenläpäisevyys, veden varastointi Kaasujen vaihto märässä maassa Mekaaninen vastus Ravinnetalous Eloperäinen aines, eliöstö Ympäristökuormitus Pintavalunta Eroosio Ravinteiden huuhtoutuminen Kasvihuonekaasut Ravinteiden hyväksikäyttö Maan tiivistyminen Maan-kone -systeemi aineiden liikkuminen eliöiden ja juurten kasvuympäristö Talous: ojitus ja muokkaus ongelmat, satotappiot, ympäristöhaitat Laura Alakukku, HY Kuva: Risto T. Seppälä, Luke

3 Peltoliikenne kuormittaa maata kone/eläin-maa -systeemi Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): - maan kosteus/märkyys - löyhyys/kiinteys - elastisuus/plastisuus Maan pinnan rakenne ja veden imeyntä Imeyntä, cm/h Hyvä laidun Juottopaikka Kuormitus: -jännityksen suuruus, suunta -koneen massa -kuormituksen kestoaika -kuormituksen toistuvuus -kuormituksen jakaantuminen pellolla Aika, min 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 vedenhylkivyys Ajourat säilörehunurmessa Valunta karkeiden maiden nurmella hyvin helposti pintavalunnaksi Märkä maa tiivistyy herkästi ja muokkautuu huonosti Töiden ajoitus: riski suuri aikaisin keväällä ja myöhään syksyllä Jännitys kulkeutuu märässä maassa syvälle kuiva maa (ei hiekka) lujaa maan kostuminen vähentää lujuutta märässä maassa kuormittava jännitys kulkeutuu syvälle huokoset täynnä vettä ei puristu, mutta tahtaantuu 6 tn 22 kpa Kuiva Peltoajon määrän rajoittaminen maan ollessa märkää Keväällä Maan kosteus (cm 3 /1cm 3 ) Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/1g) Märkä Syvyys (cm) Aitosavi Aitosavi Hiesu 3.5. Hiesu Syvyys (cm) Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988

4 Pieni rengaspaine pieni keskimääräinen pintapaine Ristikudos Rengasvalinta teknologiset valinnat Kuormitus Vyö Kuormitus 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 Pintapaine 159 kpa kpa 254 kg Pintapaine 114 kpa Renkaan rakenne 18.4R38 13 kpa 254 kg Muuta Renkaiden lukumäärä Akseleiden lukumäärä mihin näillä voidaan vaikuttaa? Rengaspaine 152 kpa Kontaktiala,16 m 2 Renkaan ilmanpaine 18.4R kg PneuTrac Rengaspaine 76 kpa Kontaktiala,25 m 2 Syyvyys m Paripyörät, akselien lukumäärä ruotsalaisia tuloksia Mitattu vertikaalinen jännitys kpa Pystysuorajännitys kpa 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 Etäisyys pyörän akselin kohdalta m Jännitys maassa 3 cm (vaalean harmaa) 5 cm (musta) ja 7 cm (tumman harmaa) Pystysuorajännitys kpa Koneista välittyvä kuormituspintapaineen jakautuminen kontaktialalla Miten paino jakautuu vedossa? Tela 237*7 cm (4 kpa), kuorma 768 kg Aika s Jännitys 15 cm syvyydessä Tela ei vedä Aika s Tela vetää (muokkaus) Arvidsson. Proceedings International Conference of Agricultural Engineering, Zurich,

5 Pyörän luiston vaikutus 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 3 kg, rengaspaine 11 kpa) (Ljungars 1977) B Moreenisavi 99 kg rengaskuorma, 25 kpa rengaspaine (Etana 1995) Laura Alakukku, HY Kuva: Risto T. Seppälä, Luke

6 Viljelytoimet vaikuttavat maahan valinnat ja päätöksenteko niiden yhteydessä Kasvinvuorotus ajoitus, maan kuivuminen, juuriston tukiverkko Viljelykierto Kasvinvuorotus Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet Kasvinsuojelu mekaaninen torjunta-aineet Perus- ja paikalliskuivatus Suorat ja välilliset vaikutukset Paikkojen välillä vaihtelua: maalaji, topografia, sääolot Aika: välittömät, lyhyt- tai pitkäaikaiset vaikutukset Muokkaus menetelmä syvyys Peltoliikenne tiivistäminen hiertäminen Töiden ajoitus, 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 Tiivistymisriskin pienentäminen peltoliikenteen suunnittelu Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Aikaikkunan tehokas hyödyntäminen 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 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

7 Kiinteät ajourat? Koneenkantaja? Kiinteät urat pyörille viljelyalalla ei peltoliikennettä Kehitetty: USA, UK Automaatio koneiden keventäminen, liikenteen suunnittelu ja optimointi, muokkauksen keventäminen Tiivistämisen välttäminen tietoa maan tilasta, tiedon käyttö päätöksenteossa Århusin yliopistossa peltokäyttöön rakennettu Hortibot Lähde: New Scientist 1 November 212 Yksi iso <> monta pientä Fendt paritraktori

8 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 Mittauslukemia verrataan Luken mittausten pohjalta määriteltyihin raja-arvoihin pisteytys laatutestin tuloksiin Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia 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

9 Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Terranimo esimerkki 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 Kiitos! Kuva: Ansa Palojärvi, MTT