P in Action Fosfori maassa ja maasta kasviin. Kimmo Rasa Vanhempi tutkija, MTT

Transkriptio

1 P in Action Fosfori maassa ja maasta kasviin Kimmo Rasa Vanhempi tutkija, MTT TEHO plus Seminaari

2 Esityksen sisältö Jana 200 µm Fosfori maasta kasviin veden mukana Maan kyky ylläpitää maanesteen fosforipitoisuutta (kemia) Maanvesitalous ja juurten kasvu (fysiikka) Orgaanisen aineen hajotus ja ravinteiden vapautuminen (biologia) Fosforilannoitus Talous (Fosfori väärässä paikassa)

3 Fosforista Maailman laajuisesti useissa ekosysteemeissä fosforin niukkuus rajoittava kasvutekijä Rajallinen luonnonvara markkinahinta nousujohteinen Elintärkeä kasvin entsyymireaktioille ja energia-aineen vaihdunnalle Lannoitus lisännyt olennaisesti Viljelykasvien satotasoja Vesistöjen rehevöitymistä Miten ylläpitää samaan aikaan riittävät satotasot ja hyvä ympäristötila sekä huomioida lannoitefosforin rajalliset varannot?

4 Fosforista 1930-luvulta lannoituksen seurauksena kertynyt lähes 1000 kg P ha -1 muokkauskerrokseen Helppoliukoinen fosfori tuplaantui 60 ja 70-lukujen aikana, 5 mg l mg l mg l -1 ( tyydyttävä) Vaihtelua tuotantosuunnittain Syvyys Kokonais P Kokonais P P H 2 O cm mg/kg kg/ha* mg/kg Sjökulla Kotkanoja Toholampi Loppi *laskennallinen arvo 20 cm muokkauskerroksessa Peltovuori 2006

5 Fosforista Suomalaiset maat nuoria ja heikosti rapautuneita Primäärimineraalit rapautuminen orgaaniseen aineeseen sitoutunut P Fe, Al- oksidit ja hydroksidit vähän liukoista P:tä Bünemann et al. Phosphorus in action Liukoinen fosfori

6 Fosforista? Tieto tuottamaan 127. Ravinteet kasvintuotannossa

7 P-dynamiikka ja mikrobitoiminta Bünemann et al. Phosphorus in action

8 Fosforin pidättyminen Fe- ja Al-oksidien pinnat Ligandin vaihto (OH ja H 2 O-ryhmät vs. H 2 PO 4 ) Tehokkaampaa alhaisessa PH:ssa (H + H 2 O) Sitoutuu lujasti maa-ainekseen Maanesteen PO4-pitoisuuden laskiessa fosforia vapautuu pidätyspinnoilta Helpommin jos korkea kyllästysaste eli pidätys paikat jo täyttyneet fosforilla kasvien P:n otto vs. kuormitusriski Matala ph Heinonen et al- Maa, viljely ja ympäristö

9 Maan fosforipitoisuus, P-luku Mitä enemmän maassa on fosforia (kyllästysaste), sitä helpommin ja enemmän sitä vapautuu liukoiseen muotoon Kasveilla riittävästi fosforia Liuenneen fosforin pitoisuus valumavedessä kasvaa Vesistöön päätyessään runsaasti fosforia sisältävä maa-aines vapauttaa fosforia tehokkaasti Pintavalunnan liuennut P, mg/l Maan fosforiluku (viljavuus), mg/l maata Korkea P-luku vs. alhainen P-luku P P P P P P P P P P P Uusitalo ja Jansson, MTT Eroosio P P P P

10 Varsin pieneltä osalta valuma-aluetta voi tulla merkittäviä kuormia Håkan Jansson ja Aaro Närvänen: Rehtijärviprojekti Ojaveden valumapainotteinen liuenneen fosforin pitoisuus 0,10-0,31 mg/l <0,01-0,24 mg/l 0,08-1,31 mg/l Pellon fosforiluku, Pintaala Liuenneen P:n (DRP) kuorma mg P/l ha kg P/v < , > ,8 13,5 13,3 5,0 Rehtijärveen päätyvästä liuenneen fosforin kuormasta 50 % on peräisin alle viidesosalta peltoalasta; pääosin lohkoilta, joille levitetään tai on levitetty usein kotieläinten lantaa. Dia: Risto Uusitalo

11 Eroosio Kaltevuus + kyntö Rusle-eroosioriskikartta + P-luku =Tehokas työkalu partikkeleihin sitoutuneen fosforikuormituksen arvioimiseksi Lemola ja Turtola, MTT Lähde: Uusitalo ym Maatalous Itämeren rehevöittäjänä, Maa- ja elintarviketalous 96

12 Juuristo, fosfori ja maan rakenne chemotropism Viljojen sadon mukana poistuva fosfori 3,5-4 kg P /satotonni Satotaso 3,5 tn/ha kg P / ha Juuristolla kyky hakeutua kohti Kosteutta Fosforipitoista maata Suotuisa maan rakenne helpottaa molempia tehtäviä Fosforin kertyminen pintamaahan? Vähän P Paljon P Bünemann et al. Phosphorus in action gravitropism

13 Juuristo, fosfori ja maan rakenne Kuiva maa Vesi Ilma Kiintoaine Vesi Ilma Vesi Ilma Kiintoaine Tiivistyminen Kiintoaine -Hapettomuus -Heikko juurten kasvu ja ravinteiden otto - Mikrobitoiminta häiriintyy Hiertäminen vähentää huokosten jatkuvuutta Veden liike Vesi Kiintoaine Märkä maa Ilma

14 Juuristo, fosfori ja maan rakenne Hyvä maan rakenne Kestävät murut, jatkuvat huokoset Nopea veden imeytyminen Maan kuivuminen ilmava Hyvä vedenvarastointikyky Juuret kasvaa ja ottaa ravinteita tehokkaasti Suotuisa lieroille ja muille eliöille Orgaaninen aines, lierot, kalkitus edistää hyvää rakennetta Harkittu peltoliikenne, akselipainot ja ajankohta Kuva: Airi Kulmala

15 Peltomaan laatutesti Maan laadun omatoiminen havainnointi Huomioi kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet Edellytykset kasvin hyvälle kasvulle ja ravinteiden tehokkaalle hyväksikäytölle Dia: Laura Alakukku

16 Peltomaan laatutesti maan rakenne Vähintään 2 kuoppaa lohkolle Pohjamaahan ulottuva kuoppa, josta havainnot Maan rakenteesta muruisuus, lujuus, kerroksellisuus Lierojen, juurten ja pieneliöstön toiminnasta lierojen esiintyminen, lierokäytävät juurikanavat eloperäisen aineksen hajoaminen Maan luontaisista ominaisuuksista maalaji, multavuus - käytetään tulosten tulkinnassa Havainnot pisteytetään ja kootaan lomakkeelle Dia: Laura Alakukku

17 Peltomaan laatutesti havainnot ja mittaukset kootaan arvio maan kunnosta Mittaustulokset skaalataan 0-10 Yhteismitallistaminen Matemaattinen malli laskee skaalauksen: pohjana raja-arvot joiden perusteella skaalaus 10 = erittäin hyvä arvo Arvosteluasteikko pellon kunnosta pisteytyksen perusteella: - erittäin hyvä, - tyydyttävän hyvä, - välttävä, - huolestuttava Dia: Laura Alakukku

18 Lannoituksen optimointi Molybdeeni Sinkki Typpi Rikki Kalium Mangaani Boori Fosfori Kalsium Seleeni Mangnesium Kupari Rauta

19 Fosfori lannoituksen optimointi P 2,3 /kg N 1,0 /kg K 0,7 /kg Lähde: KM 10/2010 Lähde: MT

20 Fosforilannoituksen optimointi Lähde: Valkama et al Diat: Risto Uusitalo (& KR) -Biologinen optimi vs. taloudellinen optimi -Kylän paras sato vai paksuin lompakko -Laskee sen P-lannoituksen, millä rahapussiin jää eniten voittoa erilaisilla sadon arvoilla ja lannoite-p:n hinnoilla - Perustuu 43 koepaikalla mitattuihin satovasteisiin -kokeiden pituus vaihdellut 2-16 vuotta/koepaikka (50-luvulta ) -Kokeissa kontrollina NK-lannoitetut jäsenet -P-lannoitusportaat välillä kg P/ha -Soveltuu viljojen P-lannoituksen optimointiin Dia: Risto Uusitalo

21 Mikä on optimisatotaso? Fosforilla saatavan sadonlisän määrä riippuu eniten maan fosforitilasta ja maalajista. Eniten sadonlisää voi odottaa alhaisissa maan P-luokissa. Fosforin vaikutus sadonlisään on suurin turv la ja pienin savimailla. Dia: Risto Uusitalo Sadonlisä NK-lannoitettuun verrattuna, kg/ha P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea

22 Mikä on optimisatotaso? Laskentamalli kysyy arviota sadon myyntihinnasta ja muuttaa sadonlisän määrän euroiksi Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo, /ha P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea

23 Mikä on optimisatotaso? Sen jälkeen lasketaan P-lannoitekustannus, jotta voidaan vähentää se sadonlisän tuomasta tuotosta Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo ja P-lannoitekustannus, /ha P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea

24 Mikä on optimisatotaso? Kannattavin lannoitustaso on se, missä tulojen ja menojen erotus on suurimmillaan (esimerkissä sadon arvo 120 eur/tn ja P:n hinta 1,2 eur/kg) Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo ja P-lannoitekustannus, /ha Huono Tyydyttävä Korkea P-lannoitus, kg/ha

25 Mikä on optimisatotaso? Taloudellinen optimi selvästi alempi kuin sadon maksimoimiseen tarvittava lannoitus Ympäristötuen fosforirajat ovat tämän päivän fosforin ja viljan hintasuhteilla selvästi korkeampia kuin taloudellisesti kaikkein kannattavin lannoitustaso Satovasteen ja taloudellisen kannattavuuden kriittinen raja 6 mg/l savimaat (huono - välttävä) 10 mg/l karkeat kivennäismaat (huono- välttävä) 15 mg/l eloperäiset maat (huono tyydyttävä/hyvä) 1900-luvun aikana peltoihin on kertynyt lannoitefosforia keskimäärin 1000 kiloa hehtaaria kohden. Pintamaan helppoliukoisen fosforin pitoisuus kaksinkertaistunut. Nyt voidaan alkaa käyttää näitä vanhoja talletuksia, jotka riittävät hyvin vuosiksi eteenpäin. Lannoituksen vähentäminen 50% peltopinta-alasta ilman taloudellisia tappioita Mallin kehittäminen maan P-tilan muutos, (lanta???)

26 Mikä on optimisatotaso? P-lannoitus selitti vain 25-40% sadon lisäyksestä (jos lisäystä syntyi) Sadanta, haihdunta, lämpötila = kasvukauden sääolosuhteet Maan rakenne ja vesitalous Muut ravinteet, kasvitaudit, rikkakasvit etc. Pelkkä P ei kasvia kasvata Tarvitaan kokonaisvaltaista maanhoidon ajattelua Onko keskustelu fosforista ylikorostunutta, viekö se huomion jopa tärkeämmiltä asioilta Toisaalta vesiensuojelun kannalta fosfori avain asemassa Malli, totta vai tarua? Testaa omaa tilannettasi P-laskurilla Tarkastele ravinnetaseita pitkällä aikavälillä sääolosuhteet huomioiden Kokeile omalla pellolla nollaruutu, eli viljely ilman P-lannoitusta (NK-lannoitus)

27 3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Tasolla 100 satotaso olisi ilman P:a sama kuin 15 kg P/ha lannoituksella koevuosi

28 3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta koevuosi NK-lannoitus, Ei P

29 3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta % % koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan.

30 3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta % % koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan. Viidentenä vuonna P-lisäysten lopettamisesta satotaso alkaa laskemaan maissa, joiden P-luokka on huono tai huononlainen.

31 3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta % % koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan. Viidentenä vuonna P-lisäysten lopettamisesta satotaso alkaa laskemaan maissa, joiden P-luokka on huono tai huononlainen. Viljavuusluokissa tyydyttävä, hyvä tai korkea fosforilannoituksessa voi pitää vieläkin pitemmän tauon, jopa 10 vuoden luokkaa.

32 Ravinnetaseet Ravinteiden lisäys ravinteiden poisto = ravinnetase Lohkokohtainen (porttitase, karjantase, lantatase, tase kasvilajeittain ) Laskettava usealle vuodelle, jolloin voidaan Vertailla eri kasvilajien ravinteiden käyttöä ko. lohkolla Havaita sääolosuhteiden vaikutus lohkon toimintaan satotasojen vuotuiset vaihtelut Tarkastella taseiden vaikutusta P-tilan muutoksiin Havaita hyvin toimivat tai ongelmalohkot Suunnitella toimenpiteitä lohkon kasvukunnon parantamiseksi Toteutuksessa ajatus mukana Mekaaninen laskenta ja huolimaton tulkinta = ajanhukkaa Hyvä työkalu omien peltojen parempaan tuntemiseen ja panosten järkevään kohdentamiseen

33 Pellolta karanneet ravinteet Ensisijaisena tavoitteena pitää ravinteet pellossa Kosteikkojen rakentaminen soveltuviin kohteisiin (rajallinen) Kosteikkojen teho vaihtelee ja kustannustehokkuudesta saatavilla varsin vähän tietoa Liukoiset ravinteet, PO 4 -P? Kemialliset keinot?

34 Valumavesien tehostettu käsittely Erityisesti liukoisen fosforin Saostaminen kemikaalien avulla Pidättäminen soveltuviin materiaaleihin Ferix Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe-Ca -oksidirakeet Kuormittavimmat kohteet Korkea P-luku Paljon liukoista fosforia Lupaavia tuloksia laboratoriossa Kenttäkokeita käynnissä Ferix annostelija,aaro Närvänen,Aaro Närvänen Polyalumiinikloridi

35 Kalsium-rauta-rakeet

36 Dissolved PO4-P, mg/l Jokioinen/Ojainen In Out In Out Minimum 0,025 0,006 25% Percentile 0,052 0,031 Median 0,073 0,045 75% Percentile 0,125 0,065 Maximum 0,190 0,136

37 Ojavesien kemiallinen käsittely ferrisulfaatilla Ferix-3 Keväällä 2007 valunnan alussa (1/3) liuenneen fosforin poistuma oli 91 % ja seuraavan kahden viikon jaksolla 66 %. Kokonaisfosforin poistuma kevätvalunnasta oli 23 %.

38 KIITOS! Kimmo Rasa p Kuvat: Kimmo Rasa