Biolaitoskompostien vaikutus maan terveyteen ja humuspitoisuuteen Mauritz Vestberg 1, Sanna Kukkonen 1, Päivi Parikka 1, Martin Romantschuk 2 1 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus, MTT 2 Helsingin yliopisto 11.11.2013
Kompostien luontainen kyky estää kasvien juuristotauteja Kyky ehkäistä kasvien maalevintäisiä juuristotauteja (suppressiivisuus) on tiettyjen kompostien, ja myös esim. vaalean rahkaturpeen, mutta ei maatuneen turpeen, luonnollinen ominaisuus, lisäarvo (added value). Kompostitutkimuksessa taudinestoilmiötä pyritään hyödyntämään ympäri maailmaa. Ilmiön hallinta on kuitenkin vaikea, koske mekanismeja ei täysin tunneta, ja positiivisten tutkimustulosten toistettavuus on usein heikko. Tähän mennessä on vain harvoja kaupallisia sovellutuksia. Kuorikompostin kyky torjua Pythium ultimum ja Rhizoctonia solanikasvitauteja on tunnetuin kaupallisista sovellutuksista. Tästä on myös olemassa patentti (US patent 4,900,348, Hoitink 13.2.1990. Production of disease suppressive compost and container media, and microorganism culture for use therein; ) 11.11.2013
Kompostien taudinestokyky kehittyy kompostointiprosessin jälkykypsymisvaiheen aikana Taudinesto kehittyy Itävaara et al. 2006. VTT:n tiedotteita 2351 11.11.2013
Mihin luontainen taudinehkäisykyky perustuu? Mikrobiologiset mekanismit: Kilpailu ravinteista, tilasta ja juuriston infektiopaikoista Loisinta/sienirihmaston hajotus Antibioottien tuotanto Taudinaiheuttajien itämisen esto tai harhautus itämään väärään aikaan Pieneliöiden aikaansaama kasvin vastustuskyvyn lisääntyminen ( kasvitautigeenien aktivoituminen) Fysikaaliset ja kemialliset mekanismit: Biokemialliset yhdisteet esim. fenolit 11.11.2013
Esimerkkejä kompostien taudinestokyvystä. Fusarium, Pythium, Phytophthora, Rhizocotonia, Sclerotinia, Sclerotium Raviv, 2009. Acta Horticulturae 819: 125-134 11.11.2013
Taudinesto-ominaisuuksia omaavan kompostin kyky torjua kasvien juuristotauteja peltomaassa Taudinestokompostit ovat torjuneet maalevintäisiä kasvitauteja paremmin kasvihuonekokeissa kuin pellolla Noble (2011) vertasi ruukku- ja peltokokeiden tuloksia Ruukkukokeet (79 koetta) 59 kokeessa (68 %) oli positiivinen tulos 14 kokeessa oli neutraali tulos 6 kokeessa oli negatiivinen tulos Peltokokeet (59 koetta) 45 kokeessa (76 %) oli positiivinen tulos 13 kokeessa oli neutraali tulos 1 kokeessa oli negatiivinen tulos 11.11.2013 6
Tautisuppressiivisen kompostin käyttö kasvitautien torjumiseksi pelto-olosuhteissa joitakin esimerkkejä Kompostin raaka-aineet Paperijäte Sipulijäte Paperijäte, kuori Jätevesipuhdistamon liete Säilyketehtaan jäte Karjanlanta Jätevesiliete Siipikarjalanta Säilyketehtaan jäte Puutarhajäte, hevosenlanta Puutarhajäte, hevosenlanta Sienijäte Tomaattijäte Yhdyskuntajäte Jätevesiliete, biojäte Poppelin kuori Jätevesipuhdistamon liete Taudinaiheuttaja Aphanomyces euteiches Sclerotium cepivorum Pyhtium ultimum Phytophthora capsici Colletotrichum coccodes Erwinia tracheipila Rhizoctonia solani Pyhtium ultimum Xanthomonas campestris Rhizoctonia solani Pythium ultimum Verticillium dahlie Sclerotinia sclerotiorum Phytophthora nicotianeae Phytophthora capsici Fusarium oxysporum Phytophthora capsici Taudin torjunta-% Noble & Coventry n mukaan, 2005 11.11.2013 7
Suomalainen tutkimus MTT:n Laukaan tutkimusasemalla tutkittiin vuosina 2010-2012 taudinestokompostin vaikutuksia peltomaan biologiseen, fysikaaliseen ja kemialliseen laatuun Käsittelyt Kasvi 1. Avomaan kurkku 2. Heinä Komposti- yms. käsittely 1. Kivennäislannoitus 2. Viljo-luujauholannoitus 3. Taudinestokomposti 1 4. Taudinestokomposti 2 Kompostin yms. Levityskerrat 1. Kerran (2012) 2. 2 kertaa (2011, 2012) 3. 3 kertaa (2010, 2011, 2012) 11.11.2013 8
Hypoteesit 1. Astiakokeissa tautia estäväksi todettu komposti omaa samanlaisia ominaisuuksia käytettynä pelto-olosuhteissa 2. Kompostin toistuva käyttö lisää sen vaikutusta maalevintäisiin taudinaiheuttajiin 3. Kompostin toistuva käyttö vaikuttaa positiivisesti maan biologiseen ja fysikaaliseen laatuun yleisemminkin Käsittelyt 1. Kivennäislannoitus (Yara) 21N-3P-9K 2. Orgaaninen luujauholannoitus (Honkajoki Oy) 3. Orgaaninen lannoitus, komposti 1 (Humuspehtoori) 4. Orgaaninen lannoitus, komposti 2 (Mustankorkea) Aito-Viljo, 8N-5P-1K Takon-kuituliete, Tervakoski-sekaliete, broilerinlanta, hevosenlanta (38, 50 m 3 /ha) Jätevedenpuhdistamon liete, turve, puuhake (38, 50 m 3 /ha) 11.11.2013 9
Tulokset - Maan luontainen Pyhtium saastunta Pythium-saastunnan määrää maassa tutkittiin ranskalaisen Bouhotin 1970-luvulla kehitetyn menetelmän avulla. Menetelmä perustuu kaurajauhon kykyyn voimakkaasti lisätä Pythium taudin aggressiivisuutta. Tutkittavasta maasta tehtiin laimennossarja steriilin hiekan kanssa siten, että maan osuus seoksessa oli 0.1 %, 0.3 %, 1 %, 10 %,30 % ja 100 %. Kaadettiin tätä seosta n. 1 cm:n verran kymmenen päivää vanhojen kurkuntaimien tyven ympärille. Kasteltiin taimiruukkuja ja inkuboitiin pimeässä 24 h. Muutaman päivän päästä taimet rupesivat kuolemaan Pyhtium-sienen aiheuttaman lakastumistaudin takia. Lopulliset elävien ja kuolleiden taimien lukumäärät havainnoitiin 6 vuorokautta kokeen aloittamisen jälkeen. Laskettiin jokaiselle ruukulle ja laimennussarjalle kuolleisuus-%. Tutkittavan maan prosentuaalisen osuuden seoksessa ja taimikuolleisuuden välillä tehtiin korrelaatioanalyysi logaritmisella asteikolla (log % maata) 11.11.2013 10
Tulokset - Maan luontainen Pyhtium saastunta Jokaiselle maanäytteelle laskettiin ns LD 50 -arvo, joka osoittaa kuinka paljon (%) pitää olla maata hiekan kanssa seoksessa jotta 50 % kurkun taimista kuolisivat. Mitä korkeampi on prosenttiluku, sitä terveempi on maa. 11.11.2013 11
Tulokset: Maan luontainen Pyhtium saastunta Pythium-testi osoitti että kurkku ylläpitää tai lisää Pythium-saastuntaa maassa kun taas heinäkasvusto vähentää sitä. Heinäruuduista kerättyä maata tarvittiin 22.7 % biotestin maa-hiekka seoksessa, jotta 50 % kurkuntaimista kuolisi. Vastaava luku oli kurkkumaalla 5.7 %. 11.11.2013 12
Tulokset: Maan luontainen Pyhtium saastunta Molemmat kompostit mutta ei Viljo-luujauho vähensivät Pythium-sienen saastuntaa maassa. Toistuva kasvin viljely ja kompostin/luujauhon lisääminen ei juuri vaikuttanut maan Pyhtium-saastuntaan kertalisäykseen verrattuna. 11.11.2013 13
Tulokset: Sienijuuri (mykorritsa) Maanäytteissä olevan luontaisen sienijuuren symbioottinen tehokkuus mitattiin pallavalla. Mykorritsatonta maata saatiin aikaan sekoittamalla benomyyliä peltomaahan 20 mg L 1 maata. (Kahiluoto and Vestberg, 2000). Lisääntynyt tai vähentynyt kasvu (%) mykorritsallisissa ruukuissa kuvaa sienijuuren tehokkuutta Mykorritsallinen Mykorritsaton 11.11.2013 14
Tulokset: Sienijuuri (mykorritsa) 50 Heinä Kurkku 40 30 20 10 0-10 -20 3 vuotta 1 vuosi Sienijuuri oli tehokkaampi heinä- kuin kurkkuruuduissa, mikä johtunee suuremmasta juuristomäärästä heinäruuduissa. Ero oli suurempaa yhden vuoden kuin kolmen vuoden viljelyn jälkeen. 11.11.2013 15
Tulokset: Sienijuuri (mykorritsa) Käytetty lannoite (orgaaninen tai epäorgaaninen) ei vaikuttanut luontaisen mykorritsan tehokkuuteen. Vuoden (= 1 tai 3 vuotta viljelyä + lannoitus) keskimääräinen vaikutus oli myös olematon. 11.11.2013 16
Tulokset: Kuiva tilavuuspaino Kasvi ei vaikuttanut maan tilavuuspanoon huolimatta siitä että heinäruuduissa oli paljon enemmän juuria. Tilavuuspaino, g/litra maata 11.11.2013 17
Tulokset: Kuiva tilavuuspaino Tilavuuspaino, g/litra maata Tilavuuspaino, g/litra maata Komposti 2, mutta ei komposti 1, vähensi tilavuuspainoa verrattua kivennäislannoitettuun ja luujauholannoitukseen Kolmen vuoden yhdistetty viljely/ lannoitus vähensi tilavuuspainoa verrattuna kahden tai yhden vuoden viljely/lannoitus. 11.11.2013 18
Tulokset: Vedenpidätyskyky Maan vedenpidätyskyky oli korkeampi heinä- kuin kurkkuruutujen maassa 11.11.2013 19
Tulokset: Vedenpidätyskyky Lannoitus ei lisännyt vedenpidätyskykyä (Kuva 12) Vedenpidätyskyky oli korkeampi kolmen vuoden viljelyn/lannoituksen jälkeen kuin yhden tai kahden vuoden viljelyn/lannoituksen jälkeen. 11.11.2013 20
Tulokset: Orgaanisen hiilen määrä maassa Heinä Kurkku Alkutaso Orgaanisen hiilen määrä maassa ennen kokeen perustamista oli 4.7 %. Heinän viljely 1-3 vuotta selvästi nosti tätä lukua, mutta kurkun viljely hiukan alensi sitä. 11.11.2013 21
Tulokset: Orgaanisen hiilen määrä maassa Kompostien lisäys ei lisännyt maan hiilen määrää Toistuva viljely/lannoitus lisäsi orgaanisen hiilen määrä maassa. Yhden, kahden ja kolmen vuoden jälkeen C org oli 4.55 %, 4.7 % ja 5.0 %. 11.11.2013 22
Tulokset: viljavuus Komposteilla oli vaikutusta maan liukenevien ravinteiden määrään vaikka kaikille ruuduille oli lisätty laskennallisesti yhtä suuria määriä liukenevaa NPK.ta. Tämä johtuu siitä, että ravinteiden liukenemisnopeus komposteista on vaikea ennustaa. Komposti 1 nosti ph-lukua sekä liukenevaa Ca:ta ja P:tä. Komposti 2 ei nostanut ph-lukua, mutta jonkin verran liukenevaa Ca:ta ja P:ta. Kaikki orgaaniset lannoitteet näyttivät vähentävän maan liukenevan K:n määrää, erityisesti heinäruuduissa. Orgaanisten lannoitusaineiden vaikutus maan liukenevaan Mg:n määrään oli mitätön. 11.11.2013 23
Päätelmiä Molemmat kompostit vähensivät jonkin verran Pythiumtaudinaiheuttjan määrää maassa. Taudinestokompostien vaikutuksesta pellolla esiintyvään tautiin ei saatu tässä hankkeessa vastausta. Kompostien vaikutus sienijuuren toimintaan oli vähäinen. Muissa vastaavissa tutkimuksissa vaikutukset ovat olleet myönteisiä Kompostit, erityisesti komposti 2, vähensivät maan tilavuuspainoa. Vaikutus maan vedenpidätyskykyyn oli vähäinen Kompostit eivät selvästi lisänneet maan orgaanisen hiilen määrää. Tällaisten vaikutusten aikaansaamiseksi pitäisi kiinnittää huomiota kompostien hitaasti liukenevien kuitujen pitoisuuteen ja kompostien levitysmääriin. 11.11.2013 24
Miten tästä eteenpäin? Maa- ja metsätalousministeriöltä on anottu kolmivuotinen (2014-2016) tutkimusmääräraha kompostitutkimusten jatkamiseksi: Monivaikutteisen kompostin ja mädätteen hyödyntäminen maan laadun parantamisessa ja kasvitautien ehkäisyssä (MONI- KOMPOSTI). Uudessa hankesuunnitelmassa mukana MTT, Helsingin yliopisto, Mustankorkea, Humuspehtoori, HSY, Stormossen, Tyynelän Maanparannus Uudessa hankkeessa on 3 työpakettia 1. Kompostien ja mädätystuotteiden lyhytaikainen vaikutus viljelymaan laatuun (uusi kenttäkoe) 2. Puunkuituja sisältävien tuotteiden pitkäaikainen vaikutus viljelymaan laatuun (viljelijöiden pellot) 3. Kompostien ja mädätystuotteiden vaikutus maan terveyteen Mikäli hanke toteutuu esitetään tuloksia Biolaitosyhdistyksen seminaarissa tulevaisuudessa 11.11.2013 25
Me teimme tämän Reino Mauritz Esko Sanna Hannu Kiitos 11.11.2013 26