Nurmiviljelyn vesistövaikutukset Perttu Virkajärvi, Kirsi Järvenranta & Mari Räty MTT Maaninka MAISA- hankkeen päätösseminaari 19.3.2014 MTT Maa ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 1
Esityksen rakenne Nautakarjatalous ja nurmiviljely kuormituksen näkökulmasta Reittivesistöjen luonne MTT Maaningan vesistötutkimukset Työstä yleisesti Virtaaman luonne Fosforikuormitus Typpikuormitus Ravinnekierto ja taseet, pellon Peltomaan P-tila Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 2
Johdanto: vesistöjen laatu Suomessa Ekologinen luokitus Nurmet MTT Maaninka Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus Source: Finnish Environment Institute & Rural Environment Institutes 19.3.2014 3
Johdanto 2:.. sekä maidontuotannon ja lannan fosforin jakautuminen Lannan P M. Hyrkäs 2013 S. Luostarinen 2013 Source: Finnish Environment Institute & Rural Environment Institutes Saarijärven vesistöreitin kunnissa lannan P 9,7 kg/ha/v laskettuna vilja- ja nurmialalalle (Löytöjärvi & Stenman 2012) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 4
Johdanto 3: Suurin osa tutkimuksesta ja suojelukeinoista keskittyy Itämereen ja eroosiofosforin sekä typen huuhtoutumisen estämiseen Lumi-/Nurmi-/Karja-Suomen alueen vesistökuormitus on aivan erilaista kuin Etelä-Suomen kasvituotantoalueen kuormitus Maalajit > eroosioherkkyys > eroosio-p/liukoinen P Kasvipeitteisyys Valuntahuipun ajankohta Vastaanottava vesistö: sisävesistöissä P tärkein Sisä-Suomen reittivedet Matalia keskisyvyys 6 m Luontainen rehevyys vaihtelee Rikkonaisia Yksilöllisiä Fosfori tärkein rehevöitymisen minimitekijä Sisäinen kuormitus voi olla suurta suhteessa ulkoiseen kuormitukseen
Johdanto 4. Esimerkki reittivesistä Pohjois-Savo Kirmanjärveen kohdistuva fosforikuormitus - ylempien järvien merkitys ravinteiden sitojana, pienimuotoinen reittivesijärjestelmä Järveen tuleva kg/a Järveen pidättyvä fosfori, Pidättymis-% Kangaslampi Seuraavaan järveen siirtyvä fosfori, kg/a 15 46 8 Iso-Ahmo 196 72 55 Pikku-Ahmo 181 69 56 Pieni-Kirma 424 54 196 Kirmanjärvi 593,5 85 91 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 6
Nurmituotannon vesistövaikutus - erityispiirteet Nurmituotanto ja nautakarja kiinteästi yhdessä Karkearehutarve johtaa siihen, että eläinten ja peltoalan suhde ei voi olla korvin suuri Nautakarjan lanta oleellinen osa viljelyä ja kuormitusta Kasvipeitteisyys pieni eroosio Nurmet monivuotisia eivätkä tuleennu pitkä ravinteidenottokausi suuri ravinteiden poistuma Tehokas ja laaja juuristo Lannoitus nurmivuosina pintaan Nurmen uusimisvuosi osa viljelyä Ilmasto-olot Nurmi-Suomessa erilaiset kuin Etelä-Suomessa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 7
MTT Maaninka - Vesistötutkimus
Nurmien vesistökuormitus Menetelmät 3 eri mittakaavaa Pintavaluntasimulaattori 0.33 m 2 nopea, useita käsittelyjä voidaan verrata samanaikaisesti laitteiston kehitystyömenossa 100 m Peltomittakaavan lysimetri 100 m 2 pintavaluntakeräimet 400 m 2 maatilamittakaavan toimenpiteet Valuma-alue 3 km 2 jatkuvatoiminen virtaaman mittaus & näytteenotto MTT Agrifood Research Finland 9
Näytteenotto ja virtaamamittaus Liquiport 2000 RPT20 Kok.-P, liuk.-p, kok.-n, NH 4 -N, NO 3 -N, DOC, kiintoaines, ph, sähkönjohtokyky STS DL/N Series 70 Kuvat: MTT/Kirsi Järvenranta, Mari Räty Starflow Ultrasonic Doppler Instrument Model 6526 Maataloustieteen Päivät 8.-9.1.2014, Helsinki Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus
Valunta MTT Maaningan lysimetrikentällä 1997-2000 Lumen korkeus Roudan syvyys Lämpötila Sademäärä 120 Lysimeter water mm Snow cm Frost cm 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 30 20 10 0-10 -20-30 5.9. 5.9. 5.11. 5.1. 5.3. Temperature o C 5.11. 5.1. 5.3. 5.5. 5.5. 5.7. 5.9. 5.11. 5.1. 5.3. 5.5. 5.7. 5.9. 5.11. 5.1. 5.3. 5.5. 5.7. 5.9. 5.11. 2,4 o C 3,4 o C 4,7 o C 80 Precipitation mm 60 687 mm 518 mm 676 mm 40 20 0 5.7. 5.9. 5.11. 5.1. 5.3. 5.5. 5.7. 5.9. 5.11. 5.1. 5.3. 5.5. 5.7. 5.9. 5.11. Roudan ja lumen sulamisrytmi ohjaa veden suuntautumista pohjevesi- tai pintavaluntaan Huom! Routa voi olla huokoista tai kiinteää 5.9.97 5.11.97 5.1.98 5.3.98 5.5.98 5.7.98 5.9.98 5.11.98 5.1.99 5.3.99 5.5.99 5.7.99 5.9.99 5.11.99 5.1.00 5.3.00 5.5.00 5.7.00 5.9.00 5.11.00 11
Pintavalunta keväällä 60 18 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 10.3. 17.3. 24.3. 31.3. 7.4. 14.4. 21.4. 28.4. 5.5. Lumi ja routa (cm) 15 12 9 6 3 0-3 -6 P-pitoisuus (mg/l) valunta (mm) -9 Pintavalunta mm Lumi cm pvm Routa cm Kokonais-P mg/l Pintavalunta 30 % kokonaisvalunnasta Noin 80% fosforin vuotuisesta kokonaishuuhtoumasta tulee 2 viikon aikana keväällä kun kosteikot ja suojakaistat ovat jäässä Huom Ilmastonmuutos tulee muuttamaan valunnan luonnetta Noin 90 % kokonaisfosforista on liukoisessa muodossa
Maan pintakerroksen 0-2 cm P:n vaikutus P huuhtoutumiseen pintavalunnassa MTT Maaninka & Toholampi Pintavalunnan P kg /ha 1.8 1.8 1.6 1.6 1.4 1.4 1.2 1.2 1 1 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 0 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 30 Maan P P mg/l mg/l Säilörehu Laidun Kyntövuosi (Vanha ennuste) Kevätvaluman vesimäärä riittää huuhtomaan likimain kaiken irtoavan fosforin maan pinnasta ja kasvustosta j a siksi vuoden sademäärä ei tässä ole vaikuttanut P kuormituksen kokonaismäärään Laiduntaminen kuormittanut Maaningan kentällä enemmän kuin säilörehu (vanhat vs uudet tulokset) Muutkin tekijät vaikuttavat mm maaperän Al and Fe kyllästysasteet Lähteet: Saarijärvi et al 2004; Huhta & Jaakkola 1994; Turtola & Kemppainen 1998; Turtola ym. 2005; MTT Maaninka 2007-2010 (julkaisematon) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 13
Fosforin kertyminen maan pintakerrokseen nurmiviljelyssä Maan P, mg/l Maan P, mg/l Maan P, mg/l P mg/l 0 5 10 15 20 25 30 0 0-2.5 0 5 10 15 20 25 0 Syvyys, cm Syvyys 2.5-5.0 5-10 10-15 15-20 10 20 5 10 NPK Ei pintalannoitu sta Liete pintaan 0 5 10 15 20 25 30 P mg/ (Saarela & Mäntylahti 2008) 30 15 Toholampi, Hs, 4 v x 50 kg/ha/v P pintaan 40 20 50 25 60 Maaninka, nurmivuodet 2 ja 3, HHt (Järvenranta & Virkajärvi, julkaisematon) Maaninka HHt,15/kg/ha P/vuosi pintaan (Järvenranta & Virkajärvi 2010) Maa- ja elintarviketalouden 19.3.201414
Lietteen levitysmenetelmän merkitys Uusi-Kämppä & Heinonen-Tanski 2008 1. Maahan: P-luku 2. P huuhtoutumiseen Viljavuus-P, mg/l 0 5 10 15 20 25 30 0 5 1.2 1 0.8 44 Levitysmäärä P kg/ha/vuosi 10 15 cm 20 kg/ha/vuosi 0.6 0.4 25 30 35 0.2 0 48 23 15 15 8 Pintalevitys Sijoitettu äkilannoitus Lieteen levitysmenetelmä Pintalevitys Sijoitus 1 levityskerta per vuosi 2 levityskertaa per vuosi Väkilannoitus 1) Asiallinen lietemäärä (jossa 15 kg/ha P) lyhytaikaisessa kokeessa ei ole ollut ongelma 2) Sijoittaminen estää tehokkaasti P huuhtoutumista (80%) ja vähentää maan pintakerroksen P-lukua 3) Huom! kaikki nautakarjatilat eivät sijoita lantaa (kuivalanta, muut syyt) 19.3.2014 15 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus
Typpilannoitus ja typen huuhtoutuminen nurmilta Lysimetrikenttä. MTT Maaninka. Käytetty lietelantaa 3 v ajan Huuhtotuminen kg/ha/v 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 Typen huuhtotuminen nurmilta Suomessa LCt 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 Typpilannoitus, kg/ha/vuosi Nurm en ikä 1v 2v 3v 4v Tasolla 200 kg/ha N tai alle huuhtoutuminen ei näyttäisi olevan ongelma (< 15 kg/ha N) kivennäismailla käytettäessä lannoitetyppeä Nurmia uusittaessa typpeä vapautuu esim. jos glyfosaattikäsittely syksyllä Turvemailla typpeä vapautuu lannoituksesta riippumatta mm. sateisina vuosina Lietettä käytettäessä myös pintavalunta-tappioita (Turtola ja Kemppainen 1998), mutta laiduntutkimuksissa pintavalunta vain 5 kg/ha/v N (Saarijärvi 2008) Käytettäessä pitkään lietettä huuhtoutuminen kasvaa? Saadaanko lysimetrikentältä saadaan korkeampia huuhtoumia kuin salaojakentältä? Lähteet: Saarijärvi et al 2004; Huhta & Jaakkola 1994; Turtola & Kemppainen 1998; Turtola ym. 2005; MTT Maaninka 2007-2010 (julkaisematon) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 16
Pohjaveden NO 3- pitoisuus Source: Backman, B. 2004 Suomi Alle 25 mg/l 25 40 mg/l 40 50 mg/l Yli 50 mg/l NO 3 konsentraatio pohjavedessä ei erityisen korkea (< 20 mg/l vrt EU raja 50 mg/l Nautakarja-alueet eivät erotu Suunta parempaan päin ja Suomessa tilanne Euroopan parhaita Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 17
Kuormitusarviot Kirmanjärveltä verrattuna aikaisempiin tutkimuksiin 2011-2012 2011 2012 Seuranta-alue Koko, ha Pelto-% Kok-P Kok-N Kok-P Kok-N kg ha -1 a -1 kg ha -1 a -1 1 Ruostepuro 300 32 0.3 9 0.8 15 3 Peltovaltainen alue 30 100 1.0 23 0.9 28 4 Pelto- ja metsävaltainen alue 55 50 0.3 21 0.6 9 5 Metsävaltainen alue 90 < 1 0.4 2 0.4 3 Ominaiskuormitus Kok-P Kok-N Pelto-% kg ha -1 a -1 Peltovaltaiset 1.1 15 39 100 1981 1997 Vuorenmaa et al. 2000 Metsävaltaiset 0.09 2.5 < 5 % 1981 1997 Vuorenmaa et al. 2000 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 18
Tämähän on hyvä uutinen. Syitä maltilliseen kuormitukseen? Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 19
Ravinnetaseet: esimerkki Ohran ja nurmen typpi- ja fosforitase (Biotila 2009-2012. Virkajärvi ym. käsikirjoitus) Kokonaistyppi (N) ja kokonaisfosfori (P) N-tase 2009 2010 2011 2012 keskim Ohra 15.4 43.0 103.9 * 54.1 Nurmi -28.8 * 37.4-22.3-33.4-4.6 P-tase 2009 2010 2011 2012 keskim Ohra 3.3 1.4 12.6 5.8 Nurmi -2.9 * -3.2-19.4-14.3-8.5 * = Kokovilja Ohran taseet positiiviset, nurmen selvemmin negatiiviset Satotason vaikutus Huom! Lisää N lannoitusta parantaa P tasetta, mutta heikentää N tasetta Nurmilla hyvä N ja P hyväksikäyttö (monivuotinen, vegetatiivinen sato) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 20
Viljavuusfosfori kyntökerroksessa 2003-2010 (Virkajärvi ym. 2012) Maaninka kyntökerros 10000 22.5 9000 8000 20 17.5 15 12.5 10 lähtö Syksy 03 Syksy 04 Syksy 05 Syksy 06 Ei P lannoitusta Kevät 07 Syksy 07 Syksy 08 Syksy 09 Syksy 10 P 0-0 P norm-norm P nurmivuosien -0 P nurmivuosien hidas -0 P liete -0 P liete -liete P nurmiv. hidas 2-0-0-0-8 Viljavuus-P laskee kaikilla koejäsenillä ts. suositusten mukainen lannoitus ei estä laskua Liete Nautakarjan lietteen P ei johda korkeisiin maan P-lukuihin, jos käyttö nykyohjeiden mukaista ja satotaso hyvä P-luvun lasku toistaiseksi hyvä asia, mutta kuinka kauan? kg ka/ha/v 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 Fosforilannoitus kg P/ha/v Matala P < 10 mg/l P > 10 mg/l P-lannoituksen vaikutus nurmen satoon pieni (Virkajärvi ym. 2010) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 21
Peltojen P-luku Pohjois-Savossa (PETU-hankkeen pilottitilat 2005-2007, N =20 tilaa, 273 lohkoa) Pilottitilojen lohkojen P-luvun jakauma (n=273) Osuus havainnoista % havainnoista (%) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 4 8 12 16 20 24 28 P-luku Kyntökerroksen viljavuus-p mg/l 32 36 40 44 Pääosa luokassa tyydyttävä välttävä 48%, 32%, Arveluttavan korkeita 0 Korkeita 2 % sama tulos monesta aineistosta: nautakarja-alueen peltojen P-luku ei ole korkea! Korkea P-luku: turkis, sika, siipikarja, erikoiskasvit 22
Nauta + nurmi on kokonaisuus, jossa nurmi tasapainottaa naudan kuormitusta Eläinmäärä per peltoala Lypsylehmä tarvitsee säilörehun viljelyalaa noin 0.6 ha/lehmä ja tuottaa lantaa noin 23 tn/v jolloin laskennallinen levitysmäärä on 38 tn/ha/v säilörehulle, jossa 19 kg/ha P, mikä on sopiva vain hieman yli tyydyttävän P-luokan nurmelle (16 kg/ha/v). Siksi nautakarja-alueen peltojen P-luku ei ole korkea Ympäristötuen lannoitusrajat ja nitraattiasetus estävät lannan fosforin kertymisen, koska nurmi ottaa maasta tehokkaasti ravinteita Nurmi vähentää eroosiota Myös nautakarja-alueen maalajit ovat osin vähemmän eroosioherkkiä Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 23
Nurmelle ja naudalle räätälöidyt ratkaisut Tutkittavaa: Liukoinen P Liukoisen P:n pysäytyskeinot vaikeita Suojakaistojen merkitys nauta-alueella Karjanlannan kokonaistypen kumuloituminen Syyslevitys nurmelle sijoittamalla Lietelannan optimaalinen täydentäminen (starttityppi, K?) Kuivalanta, Pistekuormitus Laidun Kokeellisen tutkimuksen merkitys luotettavan tiedon lähteenä jos asia on tärkeä, kustannukset on hyväksyttävä Huom! Maidon ja naudanlihantuotanto vastaa n 60% koko Suomen maataloustuotannon arvosta! Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 24
Muita syitä rehevyyteen Järven luontainen rehevyys FOKUS II hankkeessa (MTT Maaninka) tutkitaan takautuvan vedenlaatumallinnuksen avulla, mikä on ihmistoiminnan vaikutus järvien tilaa Pohjois-Savossa 50 järveä, pohjasedimenteistä tutkitaan piileväkoostumus Kalibroidaan nykyisen veden P-pitoisuuden vaihteluvälin avulla Mira Tammelin (TY) & Tommi Kauppila (GTK ) Tulokset valmistuvat 2014 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 25
Järvien sisäinen kuormitus Kirmanjärveen tuleva kuormitus: ulkoinen kuormitus 600 kg/a sisäinen kuormitus 2100 kg/a (bruttosedimentaatio) ja kokonaiskuormitus 2700 kg/a - kuormituslähteet jaoteltuna Sedimentti 73 % Muu yht. 30 % Kirmanjärven yläpuoli 8 % Ruostepuron oja 2 % Kirmanjärven lähi va 9 % Kalasto 7 % Kirmanjärven yläpuoli Suurisuonoja Ruostepuron oja Kirmanjärven lähi va Sade Tulvarantavesi Pohjavesi Kalasto Sedimentti ym. Huom! Sisäiseen kuormitukseen monta syytä, myös maatalouden vanhat synnit Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 26
Karjatilan fosforikuormituksen minimointi 1. Ruokinnan P-tase kohdalleen 2. Maa-analyysit onko fosforilannoitustarvetta? 3. Lietteen sijoitus; levityksen ajoitus: kasvukaudella parempi, starttityppi Nämä keinot tuovat lähinnä säästöjä tai ovat edullisia toteuttaa! 4. Ei lietettä laidunlohkoille, vesistön läheisyyteen eikä tulvanalaisille pelloille nurmen uudistamisvaiheessa 5. Eroosion torjunta? 6. Pistemäisten kuormituslähteiden kartoitus 7. Kuormittavimmat peltolohkot 1. Lohkon P-taseen seuranta 2. Kynnön syventäminen 10 cm (kun P-luku >50 mg/l eli n 1-2 % Pohjois-Savon pelloista) 3. Suojakaistat? 4. Mihin vedet suuntautuvat - voidaanko estää suora kuormitus? Näistä keinoista aiheutuu työtä tai kustannuksia, mutta ei kaikissa tapauksissa 27
Yhteenveto Lumi-/Nurmi-/Karja-Suomen alueen vesistökuormitus on aivan erilaista kuin Etelä- Suomen kasvituotantoalueen kuormitus Maalajit, eroosioherkkyys Kasvipeitteisyys Valuntahuipun ajankohta : kevät Vastaanottava vesistö: sisävesistöissä P tärkein Nautakarjatalouden kuormitus ei ole erityisen suurta Syy: naudat + nurmet muodostavat kokonaisuuden Ongelmana liukoinen P > liukoinen P, hankala pysäyttää, käyttökelpoisuus korkea Mahdollisesti typen pohjavesikuormitus, jos nurmisadot eivät ole suuria Silti kuormituksen minimoiminen kannattaa Ruokinnan P-tase kohdalleen, säästö fosforilannoituksessa, lieteen multaus tai maltillinen määrä letkulevityksessä, starttityppi Pistekuormituksen estäminen, eroosion torjunta, korkean P-luvun lohkojen erityiskohtelu, laitumien suojavyöhykkeet? Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 28
KIITOS! Lietteen levitystä vuonna 1969 Kuva: Valto Kuosmanen Lietenäytös 2007 Kuva: P Virkajärvi Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 19.3.2014 29