HIIDENVESI-ILTA Peltomaan rakenne ja ravinnekuormitus

Transkriptio

1 HIIDENVESI-ILTA Peltomaan rakenne ja ravinnekuormitus Helena Soinne, Helsingin yliopisto / MTT

2 Sisältö Maan rakenne Ravinteiden pidättyminen Maan rakenteen merkitys ravinteiden käytön ja ravinnevalumien kannalta

3 Optimaalinen kivennäismaan koostumus Huokostilavuus

4 Maan rakenne Maan rakenteella tarkoitetaan maahiukkasten keskinäistä järjestäytymistä ja kiinteän aineksen väliin jäävää tilaa eli huokostoa. Kahdenlaista huokoisuutta: Lajitekoostumuksen määräämää huokoisuutta - Huokoskoko: karkeat maat vs. hienojakoiset maat - pienten partikkelien väleihin jää pieni huokostila - suurten partikkelin väleihin jää isompi tila Maan rakenteen määräämää huokoisuutta - mururakenne - maapartikkelien muodostamat aggregaatit eli murut - pienet huokoset murujen sisällä - suuret huokoset murujen välissä - Karkeissa maissa mururakenne löyhä, maapartikkeleja pitää yhdessä orgaaninen aines, juuret - Savimaissa mururakenteen syntyminen on edellytys pintamaan hyvälle vedenläpäisykyvylle ja siten myös juurten hapensaannille

5 Huokoskokojakauma Suuret huokoset (>30 m) Veden imeytyminen maahan (pinta ei liety) Tyhjentyvät nopeasti painovoiman vaikutuksesta Juurten/mikrobien hapen saanti turvattu - juurilla hyvät kasvuolosuhteet laaja juuristo ravinteiden saanti turvattu! Maan on myös pystyttävä varastoimaan vettä, että kaikki vesi ei poistu painovoiman vaikutuksesta. Tarvitaan pieniä huokosia! Keskikokoiset eli vesihuokoset (Ø m) kasvien veden saanti maan muokkautuvuus Mikrohuokoset (Ø < 0.2 m) vesi ei kasvien käytettävissä

6 Vapaa vesi Makrohuokoset ovat suuria huokosia: halkaisija yli 0,03 mm - vesi ja ilma liikkuu märässä maassa - juurten kasvuväyliä - hetkellinen veden varastointikyky - vähentää pintavalunnan riskiä - ravinteiden huuhtoutuminen? Kuva: Risto T. Seppälä, MTT

7 Maahan sitoutunut vesi kapillaarivesi pintajännitys nostaa vettä tasolle, jossa vesipatsaan paino tasapainossa kapillaarivoimien kanssa ei poistu painovoiman vaikutuksesta kapillaarinen nousukorkeus kasvaa hiukkaskoon pienetessä, samalla nousunopeus hidastuu (kitka!) adsorptiovesi fysikaalisesti sitoutunutta hiukkaspinnoille adsorptio- ja kapillaariveden erottaminen täysin toisistaan hyvin vaikeaa ei kasveille käyttökelpoista Salonen et al. 2002

8 Lajitekoon merkitys veden liikkeisiin Veden kapillaarinen nousu huokosväleissä riippuu huokoskoosta Dia: Salla Venäläinen, Sanna Kanerva, Martina Metzler 8

9 Maan rakenne eli struktuuri Savimaa vailla mururakennetta Ei erikokoisia huokosia Tiivis, märkä, ei läpäise vettä juurten kasvu estynyt (happitilanne) Savimaan hyvä mururakenne Ilmava, kuohkea, erikokoisia huokosia vedenpidätys ja veden läpäisy Helena Soinne

10 Maan rakenteen ja siten myös huokosrakenteen syntyyn vaikuttavat: Maan kuivuminen haihtuminen, jäätyminen, juuristo Juuriston toiminta huokosen laajentuminen, jatkuvuuden lisääntyminen, reiät Maan muokkaus kokkareet muruiksi Kaivavien eläinten toiminta huokosia Pieniä muruja ja kokkareita isoja kokkareita ja prismoja Rowell 1994 Maaprofiilin makrorakenne

11 Miten kuivuminen edistää rakenteen kehittymistä? Märässä maassa savespartikkelien ympärillä on vesikehä (adsorptiovesi) partikkelit eivät osu toisiinsa Maan kuivuessa vesikehä ohenee Partikkelit pääsevät lähekkäin ja liittyvät löyhästi yhteen Jos maa kuivuu täysin kuivaksi voi syntyä pysyviä sidoksia, eikä partikkeleita saa enää irti toisistaan edes uudelleen kostuttamalla - ei sameutta mikromuru

12 Mururakenne Mururakenteen kestävyys märissä olosuhteissa - 4 viikkoa vedellä kyllästyneinä Pitkäaikainen nurmi Kestävä mururakenne vähentää Liettymistä ja kuorettumista eroosiota, veden savisameutta varmistaa veden imeytymistä pinnasta syvempiin kerroksiin Mururakenteen ollessa heikko: sade rikkoo Säännöllisesti muokattu viljapelto maa liettyy ja kuorettuu pintavirtailua eroosiota veden imeytyminen hidastuu maa pysyy märkänä

13 Märkyys ja mururakenne Heikot murut hajoavat, kun maahan tulee paljon vettä ja maapartikkelien ympärillä oleva vesikehä laajenee Maan pinta liettyy ja huokoisuus pienenee, vedenläpäisykyky huononee, pintavirtailut lisääntyy Orgaaninen aines hidastaa kostumista ja pitää muruja kasassa

14 Kestävän mururakenteen ainekset Hyvä mururakenne kestää veden ja paineen vaikutusta Muodostuminen vaatii Maan kuivahtamista (partikkelit lähelle toisiaan) Eloperäistä ainesta ja biologista aktiivisuutta (humus murujen rakenneosana, mikrobien lima-aineet, juuret ja sienirihmat) Aikaa - Sidokset murun sisällä vahvistuvat ajan myötä - Säännöllisesti muokatuissa maissa rakennetta häiritään jatkuvasti ja murut ovat usein heikompia kuin muokkaamattomissa maissa - muokkaus orgaanisen aineksen väheneminen häirintä

15 Maan eloperäinen eli orgaaninen aines Luokittelu 1) Vielä hajoamattomana oleva aines 2) Eri hajaantumisasteilla oleva aines 3) Uudelleen syntetisoitunut aines eli humus Humus Kestävää mikrobiologista hajotusta vastaan Vedenpidätyskyky (eroosio, huuhtoutuminen) Ominaispinta-ala (pidätysominaisuudet) Hajoava orgaaninen aines Ravinteiden kierto, humuksen raaka-aine Biologinen aktiivisuus (maan rakenne) Maan orgaanisen aineksen häviöt globaali ongelma Kun luonnontilainen maa otetaan viljelyyn orgaanisen aineksen pitoisuus alenee - hajotuksen tehostuminen Orgaanisen aineksen tappiot: avoviljely > nurmiviljely

16 Mururakenne ja erilaiset maankäyttömuodot Savimailla mururakenteen kestävyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat orgaanisen aineksen määrä muokkausintensiteetti 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% Vedenkestävien murujen osuus eri maankäytöissä Metsä Nurmi SK Intensiivinen

17 Hyvärakenteinen maa Hyvärakenteisen maan tunnusmerkkejä Nopea veden imeytyminen Maan kuivuminen Ilmava Hyvä vedenpidätyskyky Kestävät murut, jatkuvat huokoset Juuret kasvavat hyvin Suotuisa lieroille ja muille eliöille

18 Ravinteiden pidättyminen Mitä pienemmistä hiukkasista maa-aines koostuu, sitä suurempi pinta-ala maa-aineksessa on painoyksikköä kohti Pidätyspintoja maassa Savimineraalit, raudan ja alumiinin heikostikiteytyneet oksidit, humus Pidätysmekanismeja Sähköiset vetovoimat - Ravinteet ioneina: esim. K +, Ca 2+, NO 3- (varaus!) - Maapartikkelien sähköiset ominaisuudet : Pysyvä negatiivinen (-) varaus tai ph:sta riippuva varaus (+ tai -) Ligandinvaihto (kemiallinen sidos)

19 Nitraatin pidättyminen NO varaus Negatiivisen pinnan aiheuttama repulsio! maassa voi olla positiivisia varauksia happamissa oloissa. Näille paikoille voivat anionit pidättyä elektrostaattisin voimin Cl, NO 3 voivat pidättyä vain tällä mekanismilla pidättyvät erittäin heikosti huuhtoutuvat helposti

20 Fosforin pidättyminen Fosfaatti (PO 4 2- ) (negatiivinen varaus!) Pidättyy ligandinvaihdolla ei perustu sänköisiin varauksiin pidättyminen Al:n ja Fe:n hydratoituneiden oksidien pinnoille syrjäyttämällä oksidipinnoilta OH tai H 2 O -ryhmiä l. ligandeja Pidättyy voimakkaasti maahan Tasapaino maahan pidättyneen ja maanesteessä olevan fosforin välillä

21 Fosforin huuhtoutuminen Fosfori pidättyy lujasti maahan Korkea P-luku vs alhainen P-luku liikkuu eroosioaineksen mukana Vesistöön päätyessään runsaasti fosforia P P P P P P P sisältävä maa-aines vapauttaa fosforia tehokkaasti P P P P P Maan fosforipitoisuus, P-luku Mitä enemmän maassa on fosforia, sitä helpommin ja enemmän sitä vapautuu liukoiseen muotoon Liuenneen fosforin pitoisuus pintavaluntavedessä kasvaa P intavalunnan liuennut P, mg/l Uusitalo ja Jansson, MTT Maan fosforiluku (viljavuus), mg/l maata Dia: Kimmo Rasa, MTT

22 Eroosio oire huonosta rakenteesta Selkeää maan siirtymistä ja häviämistä TAI Savespartikkeleiden huomaamatonta diffundoitumista veteen Kuvat otettu Tommi Peltovuori Fosforin rikastuminen pinta-kerrokseen - Eroosioaines kuljettaa fosforia pintavesiin Maa köyhtyy

23 Tiivistyminen Tiivistyminen heikentää veden imeytymistä maahan ja pienentää huokostilavuutta erityisesti suurten huokosten osuutta Märkä maa, lätäköt, kellastunut huono kasvusto Tiiviissä maassa juurten kasvu ja ravinteidenotto heikentyy - Hapen puute - juuristo ja eliöt kärsivät Ravinteita liukenee veteen Pintavalunta lisääntyy - eroosio, liukoiset ravinteet Maa liettyy, rakenne huononee entisestään Peltoliikenteen aiheuttama tiivistyminen lisääntyy

24 Liettymistä, tiivistymistä

25 Maan rakennetta huonontaa Toimimaton ojitus, maan jatkuva märkyys Eloperäisen aineksen puute Voimakas muokkaus ja hiertäminen huonontaa muokkautuvuutta ja kantavuutta, lisää tiivistymisriskiä, haittaa luonnonprosessien toimintaa heikko eliötoiminta, murut eivät kestä vettä rikkoo maan luontaisen rakenteen, kuluttaa eloperäistä ainesta, altistaa liettymiselle Tiivistäminen Alhainen ph Dia: prof. Laura Alakukku rikkoo ja katkoo makrohuokosia, massiivinen rakenne haittaa kasvien kasvua, vaikuttaa maan biologiseen aktiivisuuteen, mururakenteen muodostuminen

26 KIITOS!