Kasvien ravinteidenotto ja siihen vaikuttavat tekijät Tapio Salo Luonnonvarakeskus
Typpikierto Typen sidonta Tuotteiden mukana kierrosta poistuva N Ilmakehän typpi Ei-symbioottinen N 2 N 2 O Denitrifikaatio Kemiallinen reaktio Symbioottinen Teollinen N Azotobakteerit Väkilannoite Klostridium levät Kapillaarinen Ritsobium nousu Immobilisaatio Kasvin Haihtuminen tähteet Lanta Kasvin NO - 3 NH 3 N otto Mikrobit Eloperäisen Aminohapot yms. aineksen muodostamat kompleksit Maan elope- Mineraali- kivennäisräinen aines aines aineksen kanssa NO - 3 Nitrifikaatio NH 3 NH + 4 Saves Vaihtuva Sitoutunut NO - 2 Huuhtoutuminen Luonnonvarakeskus
Kasvien ravinnetarpeen määräytyminen Yhteyttäminen sitoo hiiltä Kasvi tarvitsee riittävästi vettä pitääkseen yhteyttämisen käynnissä Ravinteita tarvitaan yhdisteiden rakennusaineiksi ja useiden reaktioiden toiminnallisiksi osiksi Ravinteet otetaan pääosin juurten kautta maasta joko diffuusion tai veden massavirtauksen kautta Lehtien kautta ravinteita voi myös imeytyä kasvin käyttöön 3 12.4.2019 Luonnonvarakeskus
Typpipitoisuuden muutos kasvuston iän mukana Nauris ja kesäkaali Koostumus, typpi Pinaatti Retiisi Kukkakaali Talvikaali Salaatti, herne Ruusukaali, purjo, lanttu, punajuuri Sipuli Porkkana Kasvin ikä 4 12.4.2019
Fosforipitoisuuden muutos kasvuston iän mukana 5 12.4.2019
Kaliumpitoisuuden muutos kasvuston iän mukana Nauris ja kesäkaali Koostumus, typpi Pinaatti Retiisi Kukkakaali Talvikaali Salaatti, herne Ruusukaali, purjo, lanttu, punajuuri Sipuli Porkkana Kasvin ikä 6 12.4.2019
N kg/ha tn/ha Esimerkki: Keräkaali Lennoxin kokonaissato ja typenotto 1998 ja 1999 180 160 140 120 100 80 60 Kokonaissato_1998 Kokonaissato_1999 40 20 0 0 50 100 150 200 vrk istutuksesta 400 350 300 250 200 150 100 Typenotto 98 Typenotto 99 50 0 0 50 100 150 200 vrk istutuksesta 7 12.4.2019
Maaperä kiinteä aines maalajitteet: savi, hiesu, hieta, hiekka, sora orgaaninen aines: humus, kasvinjätteet vesi ja ilma läpimitaltaan 0,0003 mm < huokoset < 0,03 mm =pidättävät kasville käyttökelpoista vettä vedessä liuenneina suoloja (ja kaasuja) huokoset läpimitaltaan > 0,03 mm = ilmakanavia kemia ph, Al, suolaisuus, N,P,K,S... elävät olennot mikrobit, sienet, hyönteiset, lierot jne. kasvin juuret Luonnonvarakeskus
Mineraaliaineksen merkitys ravinteiden käyttökelpoisuuteen Saveksen vaihtopinnat pidättävät hyvin ravinteita Saveksella positiivisia vaikutuksia, kunnes saveksesta tulee vallitseva mineraali Savimaat tarvitsevat toimivaan rakenteeseen riittävästi orgaanista ainesta Saveksen lisääntyessä kalsiumin, magnesiumin ja kaliumin pitoisuudet kasvavat Saves ja orgaaninen aines rakentavat kationinvaihtokapasiteetin eli kationien varastointipinnat, ph:n nousu lisää paikkojen määrää 9 12.4.2019
Maan orgaaninen aines ja hiili Humus = mikrobien tuottamaa kestävää ainesta Muu orgaaninen aines = hajoaa melko helposti Orgaaninen aines on etenkin typen, mutta myös fosforin ja rikin varasto Orgaanisen aineksen (humushappojen) karboksyyli- ja fenoliryhmät sisältävät kationien sitoutumispaikkoja Korkea ph lisää sitoutumispaikkoja Orgaaninen aines yhdessä saveksen ja kalsiumin kanssa muodostaa kestäviä muruja Huokosten määrä kasvaa, ja maan vedenpidätyskyky lisääntyy Mikrobeilla, sienillä ja maaperäeläimillä on tärkeä osuus orgaanisen aineksen hajottamisessa hiilidioksidiksi ja kestäviksi humusyhdisteiksi 10 12.4.2019
Hiilen ja ravinteiden lähteet maaperään Satokasvien tähteet Oljet, naatit jne. Viherlannoitus-, alus- ja kerääjäkasvit Juuristo Juuret, juurten erittämät orgaaniset hapot ym, Lanta ja orgaaniset lannoitevalmisteet Sonta, kuivikkeet Kompostien raaka-aine ja tukiaineet Ravinnepitoiset lannoitevalmisteet, orgaaniset lannoitteet Esim. soluneste Maanparannusaineet Esim. puunjalostusteollisuuden kuidut 11 12.4.2019
Orgaanisen aineksen hajotus Maahan tulevan ja maassa hajoavan aineksen välille muodostuu tasapaino -> paikalle ja viljelymenetelmille luontainen orgaanisen aineksen pitoisuus Mikrobit ja maaeläimet käyttävät tuoretta orgaanista ainetta ravinnokseen Orgaaniset yhdisteet mineralisoituvat Hiilidioksidia ja ravinteita vapautuu Mikrobisto voi myös sitoa ravinteita itseensä ja hajoamistuotteisiin, jolloin kasveille käyttökelpoisten ravinteiden määrä tilapäisesti vähenee Muodostuu kestäviä orgaanisia yhdisteitä (humifioituminen) 12 12.4.2019
Saves -> viljavuus Ca, Mg ja K 13 12.4.2019
Ravinteet maassa ja kasvissa 14 12.4.2019
Ravinteet - Typpi Orgaaninen typpi Sisältää helposti ja hitaasti vapautuvaa typpeä Mineralisoituu ammoniumiksi Kasvit ja mikrobit voivat käyttää aminohappoja Ammonium Kasvit ja mikrobit ottavat Haihtuu ammoniakkina ilmaan maan pinnasta Pidättyy hyvin maan kationinvaihtopinnoille Nitrifioituu nitraatiksi Lämpötilan ja kosteuden säätelemää Nitraatti Kasvit ja mikrobit ottavat Liikkuu maassa helposti Huuhtoutuu valumaveden mukana Denitrifioituu typpikaasuksi ja dityppioksidiksi (N 2 O)
Maan typpivarat 0-25 cm kerros maassa orgaanista ainesta 0,5 60 (-100%) hiiltä tästä noin 50-55% ja C/N noin 10 orgaanisen aineen määrän noustessa maan tilavuuspaino (=irtotiheys) laskee noin 1,3->0,5:een maassa siis typpeä 900-60000 kg/ha keskimäärin 2000-4000 kg/ha Luonnonvarakeskus
N kg/ha 11.7 7.9 6.6 6.2 5.7 5.3 5.2 4.7 4.4 4.1 3.9 3.0 3.0 2.7 2.7 Kivennäismaiden typpimääriä 0-80 cm 20000 15000 10000 5000 60-80 30-60 0-30 0 % org.ainesta Luonnonvarakeskus
Maan typpivarat aminohapot, valkuaisaineet, lipidit, nukleiinihapot, ligniini, orgaaniset hapot, (hiilihydraatit) kasvinjätteet (10-200 N kg/ha) mikrobit vapauttavat typpeä käyttökelpoiseen muotoon (NO 3 -,NH 4+,...) maan lämpötila, kosteus, happitilanne, ph jne. Suomessa kasville käyttökelpoista typpeä (NO 3-,NH 4+ ) maassa (0-25cm) viljanviljelyssä keväällä 17-78 kg/ha avokesanto, kompostin lisäys, runsas lannankäyttö, runsaasti kasvinjätteitä jättävät esikasvit, turve- ja multamaat: 50-350 kg/ha 1 % orgaanista ainesta tuottaa noin 5 kg/ha typpeä kevätviljalle
1-joulu 1-marras 1-loka 1-syys 1-elo 1-heinä 1-kesä 1-touko 1-huhti 1-maalis 1-helmi 1-tammi Epäorgaanisen typen määrä maaperässä ja kasvin typenotto 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Maa min-n Kasvi N Luonnonvarakeskus
Typen muodot eri lantalajeissa % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Org. N Virtsahappo NH4-N Kompostoitunut kuivikepohja Naudan kuivikepohja Broilerin lanta Kananlanta Sian kuivalanta Naudan liete Sian liete Mädätysjäännös Luonnonvarakeskus
Orgaanisen materiaalin hajoaminen osa hiilestä poistuu hiilidioksidina, osa siirtyy humukseen ja osa jatkaa kierrossa Jansson: CoupModel-käsikirja
N kg/ha Kasvinjätteen hiili/typpisuhteen vaikutus maan mineraalitypen määrään 100 80 60 CN=13 40 20 0-20 -40-60 0 20 40 60 80 100 120 aika, vuorokausia CN=80 C/N=13 C/N=80 Korkea C/N -> maan mineraalityppeä sitoutuu maan mikrobeihin.
Ympäristötekijöiden vaikutus Hajottajien aktiivisuuteen vaikuttavat maan kosteus maan lämpötila maan happitilanne maan ph myrkylliset yhdisteet yleensä mikrobien elinoloihin vaikuttavat tekijät
Hajottajien aktiivisuus Aktiivisuuden kuvaaminen (simulointimallit) Yleensä aktiivisuus (min. 0 ja maks. 1) kuvataan raja-arvojen avulla Esimerkki: 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 Maan tilavuuskosteus, %
Hajottajat Onko maassa riittävän toimintakykyinen populaatio, joka toimii nopeasti saadessaan kasvinjätettä sopivissa olosuhteissa? Miten paljon orgaanista ainesta maahan tulee viljelykierrossa (nurmet, oljet, lanta jne.)?
Ravinteet - Fosfori Maassa vallitsee tasapaino eri voimakkuuksilla sitoutuneen fosforin kesken Fosfori pidättyy tehokkaasti maahan, jos maassa on vapaita pidättymispaikkoja Mikäli maan fosforipitoisuus nousee, niin maanesteessä vapaana oleva fosforipitoisuus nousee myös Valumaveden mukana huuhtoutuu maanesteen fosforia Eroosioaineksen mukana huuhtoutuu orgaanisen aineksen ja maa-aineksen fosforia Lannan fosfori Suurin osa epäorgaanisessa muodossa Liukoisuus riippuu eläinlajista, iästä, kuivikkeista ja lannan käsittelystä
Hartikainen 2002: Kasveille käyttökelpoiset fosforivarat maassa. Viljavuustutkimus-50-v-juhlaseminaari.
P g/kg kuiva-ainetta Vesiliukoisen fosforin osuus erilaisissa lannoissa 35 30 25 20 15 MuuP Vesi_org Vesi_epäorg. 10 5 0 Naudansonta Siansonta Broilerinlanta Ketunlanta Minkinlanta
Ravinteet - Kalium Lannassa runsaasti kaliumia, erittyy virtsassa Epäorgaanisessa ja siten kasveille käyttökelpoisessa muodossa Vesiliukoista Kaliumia voi huuhtoutua, jos se ei pysty pidättymään maan kationinvaihtopinnoille Mineraalien K Hitaasti käyttökelpoinen K Vaihtuva K Lannan K Vesiliukoinen K Kasvin K-otto Luonnonvarakeskus
Viljavuus- ja varastoravinteet Viljavuus (mg/l) Varasto (mg/l) P 17 541 Ca 2113 3292 K 141 1280 Mg 214 2866 31 12.4.2019 Luonnonvarakeskus
Ravinteet Kalsium, Magnesium, Rikki Näitä ravinteita lannassa on jonkin verran Viljavuuspalvelun tilastot: Naudan kuivikelanta: Ca: 2,3 kg/t Mg: 1.2 kg/t Naudan lietelanta: Ca: 0,8 kg/t Mg: 0.5 kg/t Kalsiumin ja magnesiumin käyttökelpoisuus kasveille yli 50% Rikin käyttökelpoisuus kasveille alle 40%, pääosa rikistä on sitoutunut lannan orgaaniseen ainekseen Lisäyksen jälkeen usein rikin sitoutumista ja vasta myöhemmin vapautumista Rikkiä voi haihtua sulfidina Naudan kuivikelanta: 0.9-1.2 kg/t Naudan lietelanta: 0.4-0.5 kg/t
Ravinteet Mikroravinteet Mn, B, Cl, Fe, Mo, Cu, Zn, Na Kelaatteina tai komplekseina orgaanisten yhdisteiden kanssa Voivat olla liukoisia tai sitoutuneet partikkeleihin Käyttökelpoisuus kasville alle 40%, kuitenkin yleensä vähintään yhtä hyvä kuin mineraalilannoitteissa Alkuvaikutus voi olla hitaampi Toisaalta sitoutuminen maahan ei ole niin vahva kuin mineraalilannoitteilla Lannan orgaaninen aines voi vapauttaa maan mikroravinteita Lanta voi vaikuttaa maan happamuuteen Viljavuuspalvelun tilastot: Naudan kuivikelanta: Na 0.4 kg/t, B 2.9 g/t, Cu 4.6 g/t, Mo 42.6 g/t, Zn 36.0 g/t Naudan lietelanta: Na 0.3 kg/t, B 1.2 g/t, Cu 2.8 g/t, Mo 12.2 g/t, Zn 15.4 g/t Kuparin ja sinkin kertymistä maaperään etenkin sianlannasta
Menetelmiä ravinnetalouden hallintaan viljavuusanalyysit (1-5 vuoden välein, makro- ja mikroravinteet) Uusia menetelmiä (OSMO-hanke, Eurofins jne.) KVK, typen potentiaalinen vapautuminen, lannoitussuositukset (VISU, Yara Suomi, Ympäristökorvausjärjestelmä ) liukoisen typen analyysit (kevät, kasvukausi) typpilannoituksen jakaminen, myös kalium jaettuna ravinnetaseet (N, P, K ) lannoitteiden tarkka levitys sijoitus, kastelulannoitus, viljelemättömät alueet toiminta kasvuhäiriön ilmaantuessa (ravinnepuutos?)
Maa- ja kasvianalyysit Lehtianalyysi Kasvusto- tai satonäyte Viljavuus Maan ravinnetila Viljavuus 35 12.4.2019 Luonnonvarakeskus
Kevätviljojen typpilannoituksen suhde satotasoon Sato (kg/ha) 6 000 Uusien lajikkeiden vasteet 4 000 Esikasvin vaikutus 2 000 Aiemman tutkimuksen perusteella estimoitu typpilannoituksen satovastekäyrä 0 50 100 150 Typpilannoitus (kg/ha)
Ravinnepitoisuudet kasvissa ja maassa Kasvin ravinnepitoisuudet Laskevan pitoisuuden malli Kasvustonäytteet Maan ravinnepitoisuudet Kasvin otolle riittävä pitoisuus Viljavuusanalyysin tulokset Typen osalta Maan liukoisen typen määritys vapautumispotentiaalin arviointi 37 12.4.2019
Vasemmalla typen puutteesta kärsivä keräkaalin lehti ja oikealla terve.
purppuranpunaa 4 viikkoisen lantun lehdissä - fosforinpuutos typen puute kaalilla-vaalea väri ja vanhojen lehtien purppuran väri
Kaliumin puute - kolmiviikkoisen nauriin ensimmäinen lehtilehden rakenne on romahtanut ja lehden kärki palanut
Magnesiumin puute Kukkakaalin lehdessä kloroosia Nauriin lehden reunat vihreät, keskeltä vaalenee
Kiitos!