Fosfori maassa ja kasvinravinteena

Transkriptio

1 Fosfori maassa ja kasvinravinteena Ravinnepiika, Kevätinfo I Helena Soinne

2 SISÄLTÖ Fosforinkierto Fosfori maassa Ravinteiden pidättyminen - Fosforin pidättyminen Fosforilannoitus ja fosforitilan muutokset Kasvit ja fosforinotto Kosteikot ja sedimentin fosforin käyttökelpoisuus 2

3 Fosforin () kierto Kasvintähteet, orgaaniset ja kivennäislannoitteet Sadon mukana poistuva Orgaaninen Liukoinen O 4 - intavirtailun ja huuhtoutumisen myötä poistuva artikkelien pinnoille pidättynyt Saostunut (Ca ym.) Mineraaliaineksen (Apatiittinen) 3 Ravinnepiika, Mikkeli

4 Fosfori maassa intamassa on noin kg /ha Epäorgaaninen : 60 % (20-80%) Orgaaninen : 40 % (20-80%) kg/ha Kasveille käyttökelpoinen kg/ha Helppoliukoinen Kivennäismaan -varantojen suuruusluokka muokkauskerroksessa (viljavuustutkimuksen -luku 0-15 mg/l ) Maassa tiukasti kiinni oleva kg/ha Slide: Risto Uusitalo, Luke

5 Ravinteiden pidättyminen maassa idätyspintoja maassa Savimineraalit, raudan ja alumiinin heikostikiteytyneet oksidit, orgaanien aines Mitä pienemmistä hiukkasista maa-aines koostuu, sitä suurempi pinta-ala painoyksikköä kohti idätysmekanismeja Sähköiset vetovoimat Maapartikkelien sähköiset ominaisuudet: ysyvä negatiivinen (-) tai ph:sta riippuva varaus (+ tai -) Ravinteet K +, Ca 2+, NO 3- (varaus!) Ligandinvaihto (kemiallinen sidos) O 4 2-5

6 Fosforin pidättyminen maassa Fosfaatti (O 4 2- ) pidättyy ligandinvaihdolla ei perustu sähköisiin varauksiin - idättyy voimakkaasti Oksidin pintaa Neg. pinta os. pinta pidättynyt fosfaatti Vaihtuva kationi Maanesteen ioneja Brady & Weil

7 Fosforin pidättyminen maassa Tasapaino maahan pidättyneen ja maanesteessä olevan fosforin välillä Mitä enemmän maassa on fosforia, sitä helpommin ja enemmän sitä vapautuu liukoiseen muotoon eltojen helppoliukoiset -varat ovat kasvaneet runsaan fosforilannoituksen vuoksi 7

8 Tasapainon syntyminen lannoituksen jälkeen (M. Sillanpään koe vuodelta 1961) 2 pv:n jälkeen :n lisäyksestä viljavuustestillä uuttuvan :n osuus alle 20 % lisätystä lannoite-:sta. 240 pv:n jälkeen uuttui enää 6 % lisätystä lannoite-:sta. Lähestytään maan hiukkaspinnoille pidättyneen :n ja maanesteeseen liuenneen :n tasapainotilaa. Slide: Risto Uusitalo, Luke

9 Fosforilannoitteet ja viljavuusfosfori

10 Maan helppoliukoinen fosfori Viljavuusfosfori 10

11 Fosforin kierto Kasvientähteet, orgaaniset ja kivennäislannoitteet Sadon mukana poistuva n kg/ha/v Orgaaninen artikkelien pinnoille pidättynyt Liukoinen O 4 - <<0,01% intavirtailun ja huuhtoutumisen myöstä poistuva n. 0,5-1 kg/ha/v Saostunut (Ca ym.) Mineraaliaineksen (Apatiitti) eltovuori Ravinnepiika, Mikkeli

12 Fosfori maassa Tutkiminen Useita eri menetelmiä, jotka vastaavat eri kysymyksiin ja luokittelevat fosforia eri tavoin Viljavuusuutto käytännön tarpeisiin Suomessa hapan ammoniumasetaattiuutto Maailmalla useita eri uuttoliuoksia, joilla omat tulkintansa Muita uuttomenetelmiä, joilla voidaan tutkia mm. kemiallista olomuotoa, pidättymistä, biologista käyttökelpoisuutta. Tulosten tulkita! Orgaaninen artikkelien pinnoille pidättynyt Liukoinen O 4 - Biologinen käyttökelpoisuus?? Saostunut (Ca ym.) Mineraaliaineksen (Apatiitti) 12

13 Fosfori kasvissa Kasvutekijät Kasvutekijät määräävät sadon suuruuden ja laadun Sisäiset kasvutekijät: Kasvien perimä (laji, lajike) Ulkoiset kasvutekijät: Ilmastolliset: lämpötila, valo/energia, vesi, ilma Kasvinravinteet (C, O, H, N,, Ca, jne.) Ympäristötekijät juuristossa Minimitekijän laki epäedullisin kasvutekijä rajoittaa satoa Happi valo Rikki typpi fosfori vesi Ca, Mg, K By DooFi - Own work, ublic Domain, 13

14 Fosfori kasvissa Kasvissa helposti liikkuva ravinne Kasvien fosforinotto n kg/ha/v Energia-aineenvaihdunta AT-AD, NADH NAD+ Geneettisen informaation välittäminen nukleiinihapot: DNA, RNA Solukalvoissa fosfolipidit, siemenissä fytiini jne Kuva: Johanna Laakso HY/Luke 14

15 Ravinteiden liikkuminen Liikkuvat ravinteet idättyvät heikosti maahan Huuhtoutuvia Kasvi voi ottaa laajalta alueelta Liikkumattomat ravinteet idättyvät kationinvaihtopaikoille tai OM idättyvät tiukasti ligandinvaihdolla () Kasvi ottaa vain juuren läheltä Konsentraatiogradientti diffuusio tuo lähemmäksi juurta Havlin et al. Soil fertility and fertilizers. 8th edition. 2014

16 Fosfori irti maasta kasville Kasvin keinoja edistää fosforinottoa Juuripinta-alan kasvu Sienijuuri (mykorritsa), symbioosi, alhainen fosforitila Juurieritteet: mikrobitoiminta vilkastuu juuren ympärillä - mineralisaatio Fosfataasientryymit orgaanisen :n vapautuminen kasveille käyttökelpoiseen muotoon. Juurieritteet (orgaaniset hapot) Muodostuu kelaatti, vapautuu Fe- ja Al-oksidien pinnoilta Fe/Al- Fe/Al- O 4 - Fe/Al- Fe/Al- O 4 -

17 Luonnon ekosysteemit Artist s depiction of the Serengeti food web with normal AM (left) and a hypothetical food web without nutrient inputs from these important symbioses (right). Illustration by Victor Leshyk. 17

18 eloilta karanneen fosforin kierrätys Kosteikko vesistökuormitusta vähentävä ojan, puron, joen tai muun vesistön osa ja sen ranta-alue, joka suuren osan vuodesta on veden peitossa ja muunkin ajan pysyy kosteana. Laskeutusallas ojan tai puron yhteyteen kaivamalla tai patoamalla tehty vesiallas, jonka päätarkoituksena on kerätä pelloilta ja ojaverkosta veden mukana liikkeelle lähtenyttä maa-ainesta ja estää sitä pääsemästä vesistöön. LASSE-hanke Laskeutusallas-kosteikosta poistettavan sedimentin peltolevitys (MMM/Makera ) Johanna Laakso, Risto Uusitalo ja Markku Yli-Halla Kuva: Johanna Laakso HY/Luke 18

19 Johanna Laakson väitöstutkimus Kosteikon ruoppaus ja sedimentin käyttö pellolla Tutkimuksessa mukana 5 savialueiden kosteikkoa Kosteikkosedimentin kemialliset analyysit Astiakoe Sadetuskokeet 19

20 Astiakoe: Sedimentti pidätti kasveille käyttökelpoista fosforia, myös lisättyä lannoitefosforia 10,0 9,0 8,0 Raiheinän -otto, mg/ruukku -lann. 0 ja 150 mg/kg sato sato sato 7,0 -otto, mg/ruukku 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 100/0 87,5/12,5 75/25 50/50 Liedonperä, kasvualusta peltomaa/sedimentti Ylempänä: :n puutos raiheinällä (sedimentissä kasvanut) ja kuva kokeesta / J. Laakso. Alempana: vas. peltomaassa ja oik. pelkässä sedimentissä kasvaneet koejäsenet - lannoitustasolla 90 mg/kg (vastaa -lannoitusta 225 kg/ha) / J. Heikkinen

21 Vesiensuojelukosteikot ja ravinnekierrätys Kosteikkosedimenttien fosfori takaisin kiertoon? (Laakso et al.) Savimaa-alueilla sedimentti ei sellaisenaan sovellu kasvualustaksi. eltolevityksestä ei ole kasvinravitsemuksellista hyötyä. Karkeammat maat? Saattaa päinvastoin alentaa pellon helppoliukoisen fosforin pitoisuutta Lannoitefosforia saattaa sitoutua kasvien ulottumattomiin uudelle oksidipinnalle, jota syntyy sedimentin hapettumisen seurauksena. Sedimentin rikkipitoisuus? Kuvat: Johanna Laakso HY/Luke

22 Sadesimulointikoe: valunnan -pitoisuus ja sameus mg /l Savimaa, -luku 24 mg/l Sameus O4- Kok Sameus, NTU mg /l Hietamaa, -luku 210 mg/l Sameus O4- Kok Sameus, NTU Sa 100/0 Sa 90/10 Sa 50/50 peltomaa / sedimentti 0 0 Hi 100/0 Hi 90/10 Hi 50/50 peltomaa / sedimentti 0 Kun peltomaahan lisättiin 10 % sedimenttiä, O 4 -:n pitoisuudet laskivat 89 % savimaan ja 79 % hietamaan pintakerrosvalunnassa Kokonais :n osalta vastaava lasku oli 67 % ja 75 % 22

23 Kosteikkosedimenttikokeiden tulosten tarkastelu Astiakoe: Mitä enemmän sedimenttiä kasvualustassa oli, sitä pienempi kasvin -otto oli sedimentti pidätti myös lannoitefosforia Raiheinän kuiva-ainesato pieneni ja :n puutosoireet yleistyivät, kun sedimentin määrää lisättiin kasvualustassa Sadesimulointikoe: Sedimenttilisäys vähensi liukoisen ja kokonaisfosforin määrää valunnassa Sedimentin suuri Al- ja Fe-oksidien pitoisuus paransi maan aggregaattien stabiilisuutta Soveltuva levitysmäärä hehtaaria kohden (muokkauskerrokseen) 2-5 til.-% pidättämään fosforia valunnasta esim. karjan ruokintapaikoilla peltomaassa ja oik. pelkässä sedimentissä kasvaneet koejäsenet - lannoitustasolla 90 mg/kg (vastaa -lannoitusta 225 kg/ha) / Janne Heikkinen 23 Sadesimuloinnissa kahdesta eri maasta tulleen valumaveden sameus eri sedimenttilisäysmäärillä / Johanna Laakso HY/Luke

24 Järvenkunnostus ja sedimentin peltolevitys Helsingin yliopisto mukana järvien kunnostushankkeessa, jossa tutkitaan myös sedimenttiä kasvien fosforinlähteenä: Alustavien tulosten mukaan sedimentti luovutti hyvin fosforia kasvien käyttöön. Liukoisen :n pitoisuudet sedimentissä suuria! 24

25 Kiitos! 25