Maan rakenne ja teknologiset ratkaisut

Transkriptio

1 Sisältö Maan rakenne Maalajien väliset erot Maan rakenne ja teknologiset ratkaisut Viljelyn vaikutus maan rakenteeseen perusparannukset kasvinvuorotus maan tiivistyminen uusimman tulokset ja esimerkki sen välttämisen suunnittelusta Työkaluja maan rakenteen hoitoon Peltovesi päivä, YmpäristöKompassi hanke Ikaalinen Laura Alakukku, Maataloustieteiden laitos Yhteenveto maan rakenteen hoito osa viljelyn suunnittelua ja toteutusta 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 MMM ja kestävyys 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 Kuvat: Risto T. Seppälä, MTT Lähde: Alakukku ym. (2006), Valokuvat: Taisto Siren, MTT

2 Vesi ja ilma maan huokosissa liikkuminen Huokosissa vettä ja ilmaa -huokosten koko ja jatkuvuus veden ja ilman liikkuminen veden imeytyminen, läpäisevyys ilmanvaihto, kaasujen diffuusio -Suurten huokosten tilavuus ja jatkuvuus tärkeitä märässä maassa 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 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 aineiden liikkuminen eliöiden ja juurten kasvuympäristö Viljeltävyys Muokkautuvuus, vetovastus Kantavuus Liettyminen ja kuorettuminen Poudanarkuus Ojituksen toiminta kuivatus Ympäristökuormitus Pintavalunta Eroosio Ravinteiden huuhtoutuminen Kasvihuonekaasut Ravinteiden hyväksikäyttö Talous: ojitus ja muokkaus ongelmat, satotappiot, ympäristöhaitat Viljelytoimien vaikutus maan rakenteeseen Viljelytoimet vaikuttavat maan rakenteeseen kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin Viljelykierto Kasvinvuorotus MMM Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet MMM 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

3 Maan kuivatus: rakenne ja viljely Paikalliskuivatus Hyvä rakenne Huono rakenne Viljelykierto ja maan kuivuminen murujen kestävyys märkäseulonnassa, savimaan halkeilu Maan kuivuminen stabiloi muruja syysmuokkaus mahdollisimman aikaisin sadonkorjuun jälkeen typen mobilisaatio? NTU/g grassland cultivated Sameus Peruskuivatus Veden imeytyminen maahan, pintavalunnan vähentäminen Viljeltävyys: kantavuus, töiden ajoitus Osa kastelujärjestelmää tietyillä maalajeilla Viljelykasvin sato: määrä ja laatu 0 air-dried field-moist air-dried field-moist soil B soil G Soinne 2011 HENVI seminaari Kasvuston vedenotto kuivattaa maata savimaan kuivuminen/kostuminen kutistuminen/paisuminen makrohuokosia, muruja biologiset prosessit lierokäytäviä, juurikanavia, mikrobitoiminta Veden saatavuus sadon määräytyessä Sadon määräytymisen aikaan saadaan sadetta vain % tarpeesta Maan tiivistymisen vaikutukset ja niiden kestoaika mm mm MMM Tulevaisuudessa ennuste: Veden saatavuus per tuotettavissa oleva biomassatonni laskee merkittävästi nykyisestään Lämpötilan nousu lisää haihduntapainetta ja kuuroluonteisten sateiden yleistyminen heikentää veden käytön tehokkuutta v sadanta ohran kasvun kannalta kriittisimpään aikaan: satoikkuna tehoisaa lämpösummaa kylvöstä v evaporaatio ohran kasvun kannalta kriittisimpään aikaan Viljelyn vedenkäytön tehokkuutta parannettava Kastelun tarve lisääntyy Peltonen-Sainio, P., Jauhiainen, L. Peltonen-Sainio P, Jauhiainen L, & Hakala, K Hakala K & Ruosteenoja K, 2012.

4 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 Tiivistäminen käy nopeasti mutta toipuminen voi olla hidasta kaksi pohjamaan tiivistymisen pitkäaikaiskenttää Ruotsissa karkean maan kenttä: tiivistetty 1995 vilja-sokerijuurikas kierto Suomessa savimaan kenttä: tiivistetty v viljelty kevätviljoja V (Kävlinge) ja v (MTT, Jokioinen) - Mittauskampanja kentillä (näytteet maasta) -Kasvihuonekaasut ja maan ilman laatu mitattu vähintään vuoden ajan Dia: Laura Alakukku, HY Pohjamaan tiivistymiskokeet perustettiin 1981 ja 1995 Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Jokioisissa savimaa (Vertic Cambisol): 0 20 cm 48 % cm 56 % cm 66 % Salaojitettu 1 m, viljelyssä kauan Tiivistys (4x, urat vieriviereen): 19 MG teliakselilla Rengaspaine 700 kpa Ruotsissa hietamaa (Mollic Endogleyic Luvisol) 30 cm 27% 50 cm 26 % 70 cm 23 % Tiivistetty kuusirivisellä sokerijuurikkaan nostokoneella 21 MG, 240 kpa, 3:na vuonna Verranteena molemmissa kokeissa tiivistämätön maa A0 Savimaan makrohuokoset 29 ja karkean maan 14 vuotta tiivistämisestä CT-scan cm, karkea maa Ruotsi Tiivistämätön Tiivistetty Berisso ym. Soil & Tillage Res. (2012b) A cm, savimaa Suomi -kuvasta laskettu ilmatilavuus 10 kpa:n vesipotentiaalissa (%) A 0 A 2 2,6a 2,0b cm, savi Veden Ilmanläpäisevyys ( m 2 ) imu (kpa) A 0 A a 0.02b a 0.07b a 17b (Schjønning ym. 2013) SSSJA A0 = ei tiivistystä v A2 = tiivistetty v

5 Peltoliikenne kuormittaa maata kone/eläin-maa -systeemi Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): - maan kosteus/märkyys - löyhyys/kiinteys -elastisuus/plastisuus Maan tiivistymisen välttäminen Peltotöiden ajoitus ja niiden yhteydessä tehtävät valinnat Kuormitus: -jännityksen suuruus, suunta -koneen massa -kuormituksen kestoaika -kuormituksen toistuvuus -kuormituksen jakaantuminen pellolla Jännitys = F/A Leikkaus Puristus Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Maan kestävyys puristuslujuus leikkauslujuus Syvyys (cm) Märkä maa tiivistyy ja tahtaantuu herkästi Tiivistymisen riski: aikaisin keväällä, myöhään syksyllä Keväällä Maan kosteus (cm 3 /100cm 3 ) Aitosavi Aitosavi Hiesu Hiesu 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 Syvyys (cm) Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/100g) Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 Trautner ja Arvidsson 2000 Menetelmien valinta lannan separointi/fraktiointi lannoitearvon nosto levitysmäärä/ha ajon vähentäminen lannan letkulevitys Korjuu-kuljetus-jatkokäsittely ketjun toimivuus Liikenteen järjestely suurilla lohkoilla

6 Tiivistymisriskin pienentäminen peltoliikenteen suunnittelu Kiinteät ajourat? mm. Australiassa panostettu: tavalliset koneet, raideväli sovitettu tasajaolle esim. 3 m:n kerranteiksi Yhdistetty kevennettyyn muokkaukseen Ajouria (ei muokkausta) Kasvuunlähdön epätasiasuus Epätasainen pinta Tiivistyminen Urat keräävät vettä -Lohkokoko -peruslohkon keskikoko v ,4 ha -päisteajo -liittymien määrä tieltä -peltoliikenteen suunnittelu Juuriston käyttö tukiverkkona (mm. eloperäiset maat) -Lohkojen muoto -päisteajo -päällekkäin ajo (ajo-opastimen käyttö) -työn sujuminen Automaatio koneiden keventäminen, liikenteen suunnittelu ja optimointi, muokkauksen keventäminen Pohjamaan tiivistymisen mekaaninen kuohkeuttaminen: karkeilla mailla tiivistymän rikkominen Miten poistaa juurten kasvua ja aineiden liikkumista haittaava kerros/tiivistymä? Kokeiltuja keinoja a. Mekaanisesti b. Biologisesti c. Näiden yhdistelmä Århusin yliopistossa peltokäyttöön rakennettu Hortibot vuosimallia 2007 (Kuva: Århus University) Lähde: New Scientist 1 November 2012 Yksi iso <> monta pientä Fendt paritraktori Kuva: Laura Alakukku

7 Maan laadun omatoiminen havainnointi Maan rakenteen hoito tietoa maan tilasta, tiedon käyttö päätöksenteossa 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 Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Terranimo - verkossa työkalu tiivistymisriskin arviointiin koneiden aiheuttama kuormitus <> maan lujuus Mallin rakenne 1. Maan ja renkaan välinen kontaktiala ja pintapaineen jakautuminen alalla FRIDA malli (Keller, 2005: Biosystems Engineering 87 Schjønning, 2008: Biosystems Engineering 99) 2. 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

8 Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Reaaliaikaisia mittauksia tarvitaan mallituksen tueksi 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 Lähde: -Osa viljelyn strategista suunnittelua -Mukana kaikessa operatiivisessa suunnittelussa -Maan rakenteen voi pilata nopeasti väärillä valinnoilla -esim. tiivistyminen -Rakenteen korjaaminen vaatii pitkäjännitteisyyttä

9 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 tarvetta eroosiota. -Vähentää veden lätäköitymistä, 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. 2008, Maa- ja elintarviketalous 120 Kiitos! Kuva: Ansa Palojärvi, MTT