Antti Korpela, VTT Jukka Ahokas, HY Maataloustieteiden laitos

Transkriptio

1 Nopeasti yleistyvä kateviljely voi jo lähitulevaisuudessa tarjota paperille uutta merkittävää kysyntää. Paperin luontainen biohajoavuus on kateviljelyssä etu, jonka merkitys korostuu tulevaisuudessa. VTT ja Helsingin yliopiston Maataloustieteiden laitos tutkivat yhteisvoimin paperin soveltuvuutta kateviljelyyn. Kehitystyöhön kuuluu kokeellisten maakatepapereiden valmistusta ja koeviljelmillä tehtäviä kenttäkokeita, joita on parhaillaan käynnissä Suomessa, Turkissa ja Swasimaassa. Antti Korpela, VTT Jukka Ahokas, HY Maataloustieteiden laitos Maakatteilla tarkoitetaan viljelykasvien juurelle levitettäviä materiaaleja kuten muovikalvoa, kuoriketta ja olkea. Ylivoimaisesti eniten käytetty maakate on polyeteenistä valmistettava muovikalvo (kuva 1). Maan pintaan levitettynä muovikate estää rikkaruohojen kasvua, jolloin kemiallisesti rikkaruohontorjunnasta voidaan luopua. Tummat ja läpinäkyvät muovikatteet nostavat maaperän lämpöä nopeuttaen kasvien kasvua viljelykauden alkuvaiheessa. Muovikatteet myös vähentävän merkittävästi maan kuivumista sekä estävät tuulen ja voimakkaiden sateiden aiheuttamaa viljelymaan eroosiota. Kasvuolosuhteiden parantuminen lisää merkittävästi satojen määrää: Helsingin yliopiston tekemissä kurkkukokeissa kate on lisännyt satoa useita kymmeniä prosentteja. Kesällä 2012, jota voidaan pitää lämpöoloiltaan normaalina, katteet kaksinkertaistivat sadon katteettomaan verrattuna. Muovikatteet estävät myös viljelykasvien syötävien osien kosketuksen multaan parantaen siten satojen laatua. Kateviljelyn tuottama taloudellinen hyöty onkin usein merkittävästi aiheutuvia lisäkustannuksia suurempi. Kuva 1. Muovikatteen käyttöä vesimelonin viljelyssä

2 Maailmanlaajuisesti maan pintaan levitettäviä muovikatteita käytetään erittäin suuria ja nopeasti kasvavia määriä. Muovikatteiden käyttö maakatteena alkoi yleistyä voimakkaasti 1980-luvulla. Tuoreen ennusteen mukaan muovikatteiden vuosittainen kokonaiskulutus yltää 1,8-1,9 miljoonaan tonniin vuoteen 2015 mennessä. Se tarkoittaisi arviolta noin tkm 2 :n kokoisen maapinta-alan peittämistä muovikatteella. Ennusteen mukaan Aasian osuus muovikatteiden kokonais-kulutuksesta on tuolloin noin 65 %, Euroopan osuuden ollessa n. 8 % ja Pohjois-Amerikan n. 7 %. Aasian suuri muovikatteiden käyttömäärä selittyy suurella väestömäärällä ja sen vaatimalla tehokkaalla maataloustuotannolla. Muovikatteiden suuren ja nopeasti kasvavan käytön on mahdollistanut polyeteenin edullinen hinta ja katteen koneellinen levitettävyys. Koneellisessa levityksessä muovikate purkautuu levityskoneeseen asetettavalta rullalta, jonka tyypillinen leveys on 1 1, 4 metriä ja paino noin 30 kg. Traktorilla vedettävä levityskone muotoilee mullasta tarvittaessa istutuspenkin ja kääntää multaa muovikatteen reunojen päälle painoksi katteen pysyttämiseksi maassa kiinni. Levityskone tekee katteeseen yleensä myös istutusreiät (ks. kuva 2) Luja ja venyvä polyeteenikate kestää koneellisen levityksen aiheuttamat rasitukset hyvin. Viljelykasveille tehtävät reiät sietävät repeilemättä tuulen aiheuttamia rasituksia. Yksivuotisten kasvien kuten salaatin, avomaakurkun ja melonin viljelyyn käytettävien polyeteenikatteiden keskimääräinen neliöpaino on noin 18 g/m2. Monivuotisten kasvien kuten mansikan viljelyssä käytetään yleisesti noin 30 g/m2 painoisia katteita. Paksummat polyeteenikatteet kestävät paremmin UV-valoa ja mekaanista rasitutusta kuten viljelyksellä työskentelyä. Kuva 2. Paperikatteen levitystä Polyeteenikatteen kaikki ominaisuudet eivät kuitenkaan ole kateviljelyssä toivottuja: Polyeteenistä valmistettu kate ei ole maatuvaa, minkä vuoksi kate on poistettava viljelysmaasta viljelykauden jälkeen. Muovikatteen poisto viljelymaasta on työlästä ja tehdään useimmiten käsin. Poistettavan katteen mukana kulkeutuu myös siihen tarttunutta maa-ainesta, jopa 10-kertainen määrä muovin painoon verrattuna. Maa-aineksella likaantuneen ja usein märän muovikatteen puhdistaminen kierrätykseen kelpaavaksi on vaikeata, joskin siihen tarkoitettuja laitteita on jo kehitetty. Maa-aines haittaa myös muovin polttoa. Käytännössä ainoa viljelijälle jäävä vaihtoehto voi olla käytetyn muovikatteen vieminen kaatopaikalle, mistä puolestaan voi aiheutua suuria kustannuksia. Hävityskustannusten osalta tilanne vaihtelee suuresti riippuen paikallisista työvoimakustannuksista, kuljetusetäisyyksistä ja kaatopaikkamaksuista. Muovikatteiden poiston ja asianmukaisen hävityksen vaatima työ ja suuret kustannukset ovat johtaneet viljelysmaille ja niiden ympäristölle vahingollisiin käytäntöihin. Maissa, joissa ei ole käytettyjen muovikatteiden poistoa ja hävitystä koskevaa lainsäädäntöä ja valvontaa, muovikatteet saatetaan kyntää viljelymaahan viljelykauden päätteeksi. (kuva 3.). Polyeteenistä valmistettu maakate

3 ei maadu, mikä johtaa käytetyn muovikatteen määrän kumulatiiviseen kasvuun mullassa. Muovikatteen palaset estävät kasvien normaalia kasvua ja tarttuvat haittaavasti työkoneisiin. Ennen pitkää ollaan tilanteessa, jossa pellon viljelykäyttö on heikentynyt radikaalisti. Toinen maailmalla yleinen kateviljelyyn liittyvä lieveilmiö on pellosta poiskerätyn käytetyn muovikatteen läjittäminen maatalousmaan lähiympäristöön. Käytetyt muovikatteet saatetaan hävittää maatiloilla myös polttamalla. Polton riskinä on haitallisten yhdisteiden muodostuminen. Kuva 3. Muovikatteen jätteitä pellolla Muovin kerääntyminen peltoon ei ole yksinomaan tahallisen toiminnan tulosta: Vaikka polyeteenikalvo on vahvaa, on sen poisto ehjänä ja kokonaisuudessaan vaikeata. Maa-aines voi tarttua viljelykauden aikana muoviin tiukasti, minkä seurauksena muovikalvo repeää kalvon irrotusvaiheessa jättäen osan muovista maahan. Maakatteena käytetyn muovikalvon neliöpainon alentamista rajoittaa muiden lujuusvaatimusten lisäksi muovikalvon poistettavuus mullasta. Muovinpalaset ovat vihannesviljelyssä ongelmallisia, koska kasvin lisäksi korjuukoneet korjaavat muovia ja sen erottaminen kasvista on hankalaa. Polyeteenistä valmistettavien muovikatteiden rinnalle on viime vuosikymmenen aikana kehitetty biohajoavia vaihtoehtoja. Muovikatteen biohajoavuus mahdollistaa sen kynnön maan sisään viljelykauden päätyttyä. Ideaalisessa tapauksessa biohajoava muovikate kestää repeilemättä viljelykauden ajan, mutta maatuu mullan sisään kynnettynä ennen seuraavan kasvukauden alkua. Biohajoavat muovikatteet ovat ominaisuuksiltaan jo melko hyviä. Ne voidaan levittää peltoon koneellisesti, joskin polyeteenikalvoa hieman heikomman ja vähemmän venyvän biohajoavan kalvon levitys vaatii levityskoneen käyttäjältä enemmän huolellisuutta. Käytännössä on havaittu, että monet biohajoavat muovikatteet alkavat hajota ja repeillä maan pinnan päällä olevilta osiltaan jo viljelykauden aikana, joskaan se ei välttämättä ole haitta, jos kate on viljelykasvuston peittämä ja suojaama. Polyeteenikalvoihin verrattuna biohajoavat muovikalvot ovat noin 3 kertaa kalliimpia. Ollakseen kilpailukykyisempiä, biohajoavat muovikatteet ovat yleensä hieman ohuempia kuin polyeteenistä valmistettavat katteet. Biohajoavien muovikatteiden käytön taloudellinen kannattavuus riippuu suuresti paikallisista olosuhteista, eritoten työvoima- ja kuljetuskustannuksista sekä

4 kaatopaikkamaksuista. Tarkkoja tilastotietoja biohajoavien muovikatteiden käyttömääristä ei ole saatavilla. Käyttö on kuitenkin vielä vähäistä, eräiden arvioiden mukaan muutamia prosentteja muovikatteiden käytön kokonaismäärästä. Monet alan asiantuntijat kuitenkin uskovat, että biohajoavat muovikatteet tulevat syrjäyttämään polyeteenikatteet. Siihen voi osaltaan vaikuttaa pula maataloustyövoimasta, biohajoavien muovikatteiden hinnan lasku sekä viranomaismääräykset. Esimerkiksi Espanjassa, jossa muovikatteiden aiheuttamat ongelmat on hyvin tiedostettu, on jo virinnyt keskustelu ei-biohajoavien katteiden käyttökiellosta. Polyeteenikalvojen valmistajat pyrkivät löytämään keinoja muovijäteongelman pienentämiseksi käytettyjen muovikatteiden keruulaitteita ja maatalousmuovin kierrätysjärjestelmiä kehittämällä. Puukuiduista valmistettava paperikate on luonnostaan biohajoavaa. Biohajoavien muovikatteiden tapaan paperikate voidaan kyntää maan sisään viljelykauden päätyttyä. Saavuttaakseen viljelijöiden suosion paperikatteen tulisi olla viljelytekniseltä ominaisuuksiltaan ja myös hinnaltaan kilpailukykyinen. VTT:n ja Helsingin yliopiston yhteisessä Tekes-rahoitteisessa Agripap tutkimuksessa ( ) selvitetään paperin soveltuvuutta maakatekäyttöön sekä kehitetään uusia, aiempaa paremmin toimivia paperikatteita. Tutkimuksessa ovat mukana myös Stora Enso, UPM, Walki, Kemira ja Avagro. Oleellisena osana tutkimusta ovat kenttäkokeet, joita on käynnissä erilaisissa viljelyolosuhteissa Suomessa, Turkissa ja Swasimaassa. Kenttäkokeet ovat jo tuottaneet paljon tietoa paperikatteiden ominaisuuksien kehittämistarpeista. Kenttäkoetulosten perusteella paperikatteiden vaikutukset maaperän lämpöön ja kosteuteen ovat samankaltaiset kuin muovikatteiden. Lämpövaikutus riippuu etenkin katteen väristä: Mustaksi värjätyt muovi- ja paperikatteet imevät itseensä auringon lämpöä päästämättä rikkaruohojen kasvun edellyttämää valoa mullan pintaan. Valkoiset, auringon säteilyn heijastavat katteet pitävät puolestaan maan viileämpänä, mikä voi olla etu kuumissa ja kuivissa viljelyolosuhteissa. Kuten muovikatteet, voidaan paperikatteet värjätä toispuolisesti. Mikäli pyrkimyksenä on maan pinnan viilentäminen, voidaan kate levittää peltoon valkoinen puoli ylöspäin mustan alapuolen vähentäessä katteen valonläpäisyä. Vaikka paperi on huokoista ja vettä ja vesihöyryä läpäisevää, vähentää huokoinenkin paperikate tehokkaasti maan kuivumista tuulen aiheuttaman veden haihtumista estämällä. Koneellinen levitys asettaa paperikatteelle suuret lujuusvaatimukset. Koneellisen levityksen onnistumiselle on paperin suuri venyvyys eduksi. Japanilaistutkijat ovat todenneet, että koneellisesti levitettävän paperin pituussuuntaisen venymän tulisi olla vähintään 5 %. Suuresta venyvyydestä on hyötyä erityisesti silloin, kun kate levitetään korkean istutuspenkin päälle. Agripap tutkimuksen kenttäkokeissa on havaittu, että säkkipaperit ja niiden tyyppiset kaupalliset maapeitepaperit, joiden neliöpainot ovat olleet g/m2, kestävät koneellisen levityksen melko hyvin. Kuten biohajoavien muovikatteiden tapauksessa, vaatii paperikatteen levittämien levityskoneen käyttäjältä suurempaa huolellisuutta kuin polyeteenikatteenlevitys. Paperikatteen neliöpainon kasvattamista rajoittaa paperikatteen hinta. On myös eduksi, että käsin levityskoneeseen asetettavaan noin 30 kiloiseen paperirullaan mahtuu mahdollisimman pitkä määrä paperia. Paperin luontainen maatuminen on selvä etu kateviljelyssä. Maatuminen ei kuitenkaan saa olla liian nopeata. Agripapin kenttäkokeissa on havaittu, että paperinen maakate voi maatua mullan alle jääviltä reunaosiltaan lähes täysin jo 2 viikossa. Näin tapahtuu erityisesti kun viljelymaan multa on lämmintä ja kosteata. Sellaiset olosuhteet ovat tyypillisiä suomalaisilla viljelmillä. Maakatteen tulisi kuitenkin kestää maatumatta koko viljelykauden ajan (tyypillisesti viikkoa) tai ainakin niin kauan, että viljelykasvien kasvuston paino pitää paperin paikoillaan ja estää tuulen aiheuttaman paperikatteen irtoamisen maasta. Espanjassa, jossa tyypillisesti vallitsee kuivat ja kuumat viljelyolosuhteet, ja joissa kastelu tehdään katteen alle asettavilla kasteluletkuilla, ei paperin liian nopea maatuminen ole merkittävä ongelma. Suomessa tehdyissä kenttäkokeissa on paperisten maapeitteiden havaittu kutistuvan voimakkaasti aiheuttaen paperin katkeilua ja istutusreikien siirtymistä. Espanjan kuivemmissa olosuhteissa ei kutistumaa ole koettu ongelmaksi. Espanjalaistutkijat ovat sen sijaan havainneet, että biohajoavat muovikalvot alkavat repeillä maan pinnan päällisiltä osiltaan jo viljelykauden aikana. Siihen voivat vaikuttaa sekä UV-valo että tuuli.

5 Kuva 2. Paperikatteen kutistuma ja siitä aiheutunut repeymä On selvää, että viljelijän on voitava luottaa siihen, että katemateriaali kestää ja täyttää tehtävänsä sääolosuhteiden vaihtelusta huolimatta. Agripap projektissa kehitetään valmistusreseptejä neliöpainoltaan alhaisen, lujan, venyvän, vähän kutistuvan ja normaalia paperia hitaammin maatuvan paperikatteen valmistamiseksi. Paperia, kuten vanhoja sanomalehtiä on vanhastaan käytetty puutarhanhoidossa maan pinnan peittämiseen. Paperin koneellinen levitys peltoon suoraan paperirullalta oli sekin tunnettua tekniikkaa jo 30-luvulla, jolloin muovikatteet olivat tuntemattomia. Paperin edullinen hinta ja luontainen biohajoavuus ovat nykyaikaisessa kateviljelyssä valtteja, jotka voivat tarjota mahdollisuuden paperikatteen uuteen tulemiseen ja pääsyyn suurille, nopeasti kasvaville katemarkkinoille. Agripapissa mukana olevien yritysten osallistuminen projektiin onkin ollut hyvin aktiivista.