Veden kiertokulku ja maankuivatus

Transkriptio

1 Veden kiertokulku ja maankuivatus Harri Koivusalo Tutkijat ja jatko-opiskelijat Teemu Kokkonen, Juha Järvelä, Lassi Warsta, Nora Sillanpää, Hanne Laine-Kaulio, Mika Turunen, Leena Stenberg, Kaisa Västilä, Kersti Haahti, Heidi Salo, Gerald Krebs, Tero Niemi, Johanna Jalonen

2 Pelto ilmakuvassa Pelto kartalla Maaperä 10 m 2

3 Salaojitus 10 m 3

4 Sadanta Haihdunta Valunta 4

5 Maankäytön muutos pelloksi 5

6 Veden kierto - metsä Puuston transpiraatio 151 mm/a Puuston interseptio 128 mm/a Sadanta 655 mm/a Uusimaa Aluskasvuston evapotranspiraatio 47 mm/a Metsikkösadanta 527 mm/a Valunta 322 mm/a FEMMA-malli, Siuntio,

7 Veden kierto metsä - pelto Puuston transpiraatio 151 mm/a Puuston interseptio 128 mm/a Sadanta 655 mm/a Aluskasvuston evapotranspiraatio 47 mm/a Metsikkösadanta 527 mm/a Uusimaa Kasvuston transpiraatio 155 mm/a Kasvuston interseptio 21 mm/a Sadanta 655 mm/a Maanpinnan haihdunta 134 mm/a Valunta 322 mm/a Valunta 338 mm/a FEMMA-malli, Siuntio,

8 Veden kierto metsä - pelto Puuston transpiraatio 151 mm/a 100 mm/a Puuston interseptio 128 mm/a 111 mm/a Sadanta 655 mm/a 566 mm/a Aluskasvuston evapotranspiraatio 47 mm/a Metsikkösadanta 35 mm/a 527 mm/a 455 mm/a Uusimaa Kainuu Kasvuston transpiraatio 155 mm/a 95 mm/a Kasvuston interseptio 21 mm/a 15 mm/a Sadanta 655 mm/a 566 mm/a Maanpinnan haihdunta 134 mm/a 106 mm/a Valunta 322 mm/a 311 mm/a Valunta 338 mm/a 336 mm/a FEMMA-malli, Sotkamo,

9 Vuodenajat ja vesitase Paasonen-Kivekäs ym Maaperän Vesi- ja ravinnetalous. Salaojayhdistys ry. 9

10 Sadanta (Uusimaa) mm kuukaudessa Sadanta 0 10

11 Haihdunta (Uusimaa) mm kuukaudessa Sadanta Metsähaihdunta Peltohaihdunta 0 11

12 Valunta (Uusimaa) mm kuukaudessa Sadanta Peltovalunta Metsävalunta Metsähaihdunta Peltohaihdunta 12

13 Valunnan jakautuminen komponentteihin Sadanta Kasvuston transpiraatio Kasvuston interseptio Maanpinnan haihdunta Pintavalunta Salaojavalunta Pohjavesivalunta 13

14 Valunnan jakautuminen komponentteihin Kasvuston transpiraatio Kasvuston interseptio Sadanta Maanpinnan haihdunta Pintavalunta Salaojavalunta Pohjavesivalunta Salaojavalunnan osuus % pienenee.ojaväli kasvaa 14

15 Täydennysojitus Jokioisten Nummelassa : Sadanta > Haihdunta + Pintavalunta + Salaojavalunta + Häggblom O Kosteudesta kärsivän peltolohkon täydennysojituksen vaikutus vesitaseeseen. Diplomityö. Aalto-yliopisto 15

16 Peltolohkon vesitalouden laskentamalli 16

17 Vesitase harvalla ojavälillä Haihdunta 317 mm Ojaväli 32 m Salaojasyvyys 1 m Sadanta 616 mm Pintavalunta 67 mm/a Salaojavalunta 47 mm/a Pohjavesivalunta 188 mm/a Häggblom O Kosteudesta kärsivän peltolohkon täydennysojituksen vaikutus vesitaseeseen. Diplomityö.

18 Täydennysojituksen vaikutus Ojaväli 32 m Salaojasyvyys 1 m Haihdunta 317 mm Ojaväli 10.7 m Salaojasyvyys 1 m Sadanta 616 mm Pintavalunta 67 mm/a Salaojavalunta 47 mm/a Pohjavesivalunta 188 mm/a Häggblom O Kosteudesta kärsivän peltolohkon täydennysojituksen vaikutus vesitaseeseen. Diplomityö. Pintavalunta 29 mm/a Salaojavalunta 118 mm/a Pohjavesivalunta 157 mm/a 18

19 Valunta mm/kk Vaikutus vuodenaikaisiin pintavaluntoihin Ojaväli 32 m Ojaväli 10.7 m Kuukausi Pintavalunta Pintavalunta 19

20 Valunta mm/kk Vaikutus vuodenaikaisiin salaojavaluntoihin Kuukausi Ojaväli 32 m Pintavalunta Salaojavalunta Ojaväli 10.7 m Pintavalunta Salaojavalunta 20

21 Valunta mm/kk Vaikutus vuodenaikaisiin pohjavesivaluntoihin Kuukausi Ojaväli 32 m Ojaväli 10.7 m Pintavalunta Salaojavalunta Pohjavesivalunta Pintavalunta Salaojavalunta Pohjavesivalunta 21

22 Täydennysojituksen vaikutus Haihdunta 317 mm/a Sadanta 616 mm/a Sadannan vaihtelu: vaikutus erilaisina vuosina Pintavalunta 29 mm/a Salaojavalunta 118 mm/a Pohjavesivalunta 157 mm/a 22

23 Sadanta mm/kk Sadannan vaihtelu Sadanta Sadanta Tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu 23

24 Salaojavalunta mm/kk Sadanta mm/kk Täydennysojituksen vaikutuksen vaihtelu Sadanta Sadanta Harva ojitus Harva ojitus Tiheä ojitus Tiheä ojitus 0 0 Tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu

25 Täydennysojituksen vaikutus Maankosteus Pohjavedenpinta Maan rakenne Makrohuokosto Häggblom O Kosteudesta kärsivän peltolohkon täydennysojituksen vaikutus vesitaseeseen. Diplomityö. 25

26 Täydennysojituksen vaikutus Haihdunta Interseptio Transpiraatio Haihdunta maan pinnalta Häggblom O Kosteudesta kärsivän peltolohkon täydennysojituksen vaikutus vesitaseeseen. Diplomityö. 26

27 Salojitus Säätelee voimakkaasti valunnan virtausreittejä. Miten kosteammat olosuhteet, sitä suurempi merkitys. Vaikutuksen vaihtelevat alueelta toiselle. Sääolosuhteet määräävässä roolissa. 27

28 Maankäyttö, kuivatus ja vesistökuormitus Fosforipäästölähteet Typpipäästölähteet 28

29 Ravinnetase metsässä esim. typpi Laskeuma 6.6 kg/ha/a Kaasumaiset virrat <0.1 kg/ha/a Puuston otto 21.3 kg/ha/a Aluskasvuston otto 4.7 kg/ha/a Karike 37.7 kg/ha/a Mineralisaatio 58.2 kg/ha/a Immobilisaatio 36.4 kg/ha/a Nirtrifikaatio 0.2 kg/ha/a Huuhtoutuminen 1.0 kg/ha/a Laurén, A., Finér, L., Koivusalo, H., Kokkonen, T., Karvonen, T., Kellomäki, S, Mannerkoski, H. and Ahtiainen, M Water and nitrogen processes along a typical water flowpath and streamwater exports from a forested catchment and changes after clear-cutting: a modelling study. Hydrology and Earth System Sciences 9(6),

30 Typpitase metsä vs pelto Laskeuma 6.6 kg/ha/a Lannoite 72.8 kg/ha/a Laskeuma 3.9 kg/ha/a Kaasumaiset virrat <0.1 kg/ha/a N siemenissä 2.8 kg/ha/a Puuston otto 21.3 kg/ha/a Aluskasvuston otto 4.7 kg/ha/a Karike 37.7 kg/ha/a Sadon N 52.2 kg/ha/a Mineralisaatio 58.2 kg/ha/a Nirtrifikaatio 0.2 kg/ha/a Immobilisaatio 36.4 kg/ha/a Huuhtoutuminen 1.0 kg/ha/a Huuhtoutuminen pintavalunta 3.1 kg/ha/a Taseen residuaali! 12.2 kg/ha/a Huuhtoutuminen! Salaojavalunta 12.1 kg/ha/a 30 Äijö et al PVO2-hanke. Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi. Loppuraportti. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 31.

31 Typpi [kg/ha] Kasvu/lepokauden ravinnetase Kasvukausi pintahuuhtouma (-) salaojahuuhtouma (-) sato (-) siemen (+) laskeuma (+) Jäännöstermi pintahuuhtouma (-) lanta (+) salaojahuuhtouma (-) lannoite (+) sato (-) Jäännöstermi siemen (+) pintahuuhtouma (-) laskeuma (+) lanta (+) salaojahuuhtouma (-) lannoite (+) sato (-) siemen (+) laskeuma (+) 31 Äijö et al PVO2-hanke. Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi. Loppuraportti. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 31. lanta (+)

32 Typpi [kg/ha] Kasvu/lepokauden ravinnetase pintahuuhtouma (-) salaojahuuhtouma (-) sato (-) Lepokausi siemen (+) laskeuma (+) Jäännöstermi pintahuuhtouma (-) lanta (+) salaojahuuhtouma (-) lannoite (+) sato (-) Jäännöstermi siemen (+) pintahuuhtouma (-) laskeuma (+) lanta (+) salaojahuuhtouma (-) lannoite (+) sato (-) siemen (+) laskeuma (+) 32 Äijö et al PVO2-hanke. Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi. Loppuraportti. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 31. lanta (+)

33 Aineiden kulkeutumisreitit valunnassa Kuva 5 julkaisussa: Turunen ym Computational assessment of sediment balance and suspended sediment transport pathways in subsurface drained clayey soils. Soil and Tillage Research 174, icle/pii/s Hienojakoinen maa-aines kulkeutuu veden mukana. Kuormitusta kulkeutuu kaikkia valuntareittejä myöten. 33

34 Lepokausi muuttuvassa ilmastossa Positiivinen NAO-indeksi: Kasvukauden ulkopuolella lumen kertyminen vähäisempää ja valunnan esiintyminen suurempaa ja useammin toistuvaa Kuva 5 julkaisussa: Koivusalo ym Analysis of water balance and runoff generation in high latitude agricultural fields during mild and cold winters. Hydrology Research. DOI: /nh /05/26/nh

35 Kuivatus maailmalla Kuivatettujen alueiden osuus maalasta 35

36 Ihmistoiminnoista aiheutuva typpikuormitus globaalisti kg/km 2 /a Kuva 1 julkaisussa: Billen et al The nitrogen cascade from agricultural soils to the sea: modelling nitrogen transfers at regional watershed and global scales. Phil Trans of the Royal Soc. B. 368(1621):

37 Näkymiä Viljelyala kasvaa vähän Viljelyn tehostuminen nykyisellä alalla Kastelualueiden kuivatusjärjestelmät yleistyvät Vesitalouden parempi hallinta Ympäristövaikutusten hallinta Vesi- ja ravinnetalous muuttuvassa ilmastossa Viljelymenetelmien kehitys Luonnonmukaiset ratkaisut peruskuivatuksessa 37