Maan rakenteen muodostuminen Juurikasmaiden rakenne ja miten ongelmiin vaikutetaan Sisältö Maan rakenteen muodostuminen Viljelyn perustoimenpiteet ja maan rakenne Eloperäinen aines Maan tiivistämisen välttäminen Tiivistyminen kestoaika Tiivistyneen maan mekaaninen kuohkeutus Maan rakenteen selvittäminen Yhteenveto Laura Alakukku Helsingin yliopisto, Maataloustieteidenlait Sokerijuurikkaantutkimuskeskus, Hyvä maanrakenne seminaari, Piikkiö 3.2.21 (yksi)hiukkeinen mururakenne massiivinen rakenne rakenne eri kokoiset ja muotoiset Kuva: Liisa Pietola murut (aggregaatit) /HY 21 Kuva: Risto Seppälä, MTT S Kuva: M L Westerlund, MTT Mikä on tärkeää maan rakenteessa? MURUT savimaat Murujen kestävyys vähentää * liettymistä * kuorettumista * eroosiota Karkean maan löyhä mururakenne Routa Biomuruja Mekaanisia Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Kestävät murut eivät liety ja aiheuta veden sameutta Ei muokattu 17 v. Kyntö juuri ennen näytteeottoa 1
Huokosrakenne Huokoskokojakauma vesi ilma kiintoaines Huokosto Muokkauskerros Savi Hieta Makrohuokoset ovat suuria huokosia: halkaisija yli,3 mm vesi ja ilma liikkuu märässä maassa juurten kasvuväyliä hetkellinen veden varastointikyky Kivennäisaines Eloperäinen aines Keskikokoiset huokoset pidättävät kasveille käyttökelpoisen veden Kuva: Liisa Pietola, HY Pohjamaa Pienet huokoset halkaisija alle,2 mm sitovat veden kasvin ulottumattomiin Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Ulkoinen kuormitus * tiivistäminen, hiertäminen * toimimaton ojitus * liika muokkaus * märän maan käsittely * rankka sade Maan rakenne * huokosjakauma, makrohuokoset * muruisuus * rakenteen kestävyys * rakenteen spatiaalinen jakauma ja syvyys maa profiilissa Maan ominaisuudet * hiukkaskokojakauma maalaji * eloperäinen aines * savimineraalit * ph * maanesteen ioniväkevyys * kationien määrä ja laatu * kationinvaihtokapasiteetti Viljelyhistoria * pellon ikä * viljelykierto > eloperäinen aines, juuriston kuivatussyvyys * kalkitus, karjanlanta * ojitus: aika, tehokkuus * viljelymenetelmät > kuormitusintensiteetti Luonnonprosessit * biologinen aktiivisuus * lierojen määrä, lajijakauma * mikrobiston koostumus * juuristo * routiminen, rouste * savimailla: kuivumis/kostumis syklien määrä Ilmasto * sademäärä, jakauma sateiden intensiteetti * routa, routiminen * evapotranspiraatio Topografia Alakukku 29 Toimimaton ojitus, maan jatkuva märkyys Eloperäisen aineksen puute Voimakas muokkaus ja maan hiertäminen Tiivistäminen Alhainen ph Maan rakennetta huonontaa huonontaa muokkautuvuutta ja kantavuutta, lisää tiivistymisriskiä, haittaa luonnonprosessien toimintaa heikko eliötoiminta, murut eivät kestä vettä rikkoo luontaisen rakenteen, kuluttaa eloperäistä ainesta, altistaa liettymiselle rikkoo ja katkoo makrohuokosia, massiivinen rakenne haittaa kasvien kasvua, vaikuttaa maan biologiseen aktiivisuuteen, mururakenteen muodostuminen 2
Toimiva ojitus Rinteisyys, painanteet Hyvä rakenne Paikalliskuivatus Huono rakenne Peruskuivatus Painanteet pellon muotoilu Rinteiden alaosa veden valuminen yläosasta Myyräsalaojitus ensiavuksi lätäkkökohtiin Ojituksen kunto: pellon kuivuminen, laskuaukot Kalkitus kasvien kasvu, murujen kestävyys Mouhijärvi savinen hiue Eloperäisen aineksen vaikutus muruihin Syyskyntö Syyskultivointi 2.8 3.2 Syyskyntö Syyskultivointi 1 7 1 kg 1 6 1 4 1 2 1 8 6 Jokioinen hiuesavi Kevätkultivointi Syyskyntö Syyskultivointi Kevätkultivointi 3.2 2.5 2.8 2.8 Kevätkultivointi Syyskyntö Syyskultivointi Kevätkultivointi 16 21 25 44 4.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Maan orgaaninen hiili (g/1g) 1 2 3 4 5 Osuus 2 mm seulalle jääneistä muruista (%) 2 198 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 199 1991 1992 1993 Vuosi Maanparannuskalkkien trendiviiva on selvästi laskeva. Maan happamuus ei ole kuitenkaan oleellisesti parantunut eikä viljelyssä oleva peltomäärä vähentynyt. Lähde: Kalkitusyhdistys 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 + Hiilen kertyminen maahan kasvihuonekaasut mururakenne kationinvaihtokapasiteetti (ravinteiden pidättyminen karkeat maat) VILJELYKIERTO Pitkänen (1988) 3
Maan tiivistyminen sateen ja oman painonsa vaikutukseta ajan kuluessa Peltoliikenne kuormittaa maata Muokkauksen ja luontaisen tiivistymisen välinen suhde vaikuttaa maan painannevarastoon, hetkelliseen vedenvarastointikykyyn, veden infiltraatioon, maan ilmanvaihtoon Talven jälkeen Kevätmuokkaus Syksyllä Tuore kynnös Kynnetyt (K) näytteet painuivat 5 mm:n sadetuksen aikana, mutta luontaisen tiiveyden saavuttanut suorakylvetty (S) maa ei reagoinut sadetukseen Maalajien välillä ero: 1 ja 2 karkeita maita. 3 ja 4 hienojakoisia. Näytteen pinnan painuminen sadetuksessa (cm) 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 1S 1K 2S 2K 3S 3K 4S 4K Jännitys = F/A Leikkaus Puristus Maan kestävyys puristuslujuus leikkauslujuus Peltoliikenteenaiheuttaman tiivistymisen ehkäiseminen Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): maan kosteus/märkyys löyhyys/kiinteys elastisuus/plastisuus Kuormitus: 15 2 jännityksen suuruus, suunta 25 koneen massa 3 kuormituksen kestoaika 35 kuormituksen toistuvuus 4 kuormituksen jakaantuminen pellolla 45 Syvyys (cm) 5 1 Keväällä Maan kosteus (cm 3 /1cm 3 ) 1 2 3 4 5 6.5. Aitosavi 23.5. Aitosavi 24.5. Hiesu 3.5. Hiesu Märkä maa tiivistyy herkästi Syvyys (cm) 5 1 15 2 25 3 35 4 45 Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/1g) 1 2 3 4 Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 4
Tiivistymisenriski: aikaisinkeväällä, myöhään syksyllä Sadonkorjuu ja syysmuokkaus Trautner ja Arvidsson2 Trautner ja Arvidsson2 Peltotiedustelija tulevaisuudessa tietoa maasta maan alta töiden ajoitukseen Peltotiedustelija tietoa maasta maan alta * Maan kosteuden ja lämpötilan seuranta maatilalla miten ilman näytteidenottoa mittaustietoa radiolähetin maan alle välittämään tietoa * Ensimmäisten kokeilujen jälkeen tavallinen kännykän antenni toimii ilmassa, muttei maassa malli vaimennuksesta toimiva antenni * Maassa on tietokone 16MHz, 4kt, 4 ADC = 4 /kpl * Maan kosteus, lämpötila ja paristojännite Laskee valmiiksi keskiarvon ja virheen Lähettää kerran 1 min:ssa Jos < C vain 1/vrk Vain jos muutos > 1% * Yhdellä 3V paristolla 1 v Lisätietoja: Johannes Tiusanen, HY Agroteknologian laitos (johannes.tiusanen@helsinki.fi) Lisätietoja: Johannes Tiusanen, HY Agroteknologian laitos (johannes.tiusanen@helsinki.fi) 5
In 29, 27 years after loading, 1, 2, 3, 4, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Penetrometer resistanse (MPa) A A2 Pieni rengaspaine pieni keskimääräinen pintapaine Paine (kpa) 35 3 25 2 15 1 5 35 3 25 2 15 1 5 Pyörätraktori, paino 4 tn rengaspaine edessä 16 kpa takana 12 kpa..4.8 1.1 1.5 1.9 2.3 2.6 3. 3.4 3.8 4.1 4.5 4.9 5.3 5.6 Aika (s) Kumitelatraktori, paino 12,5 tn, laskennallinen pintapaine kovalla alustalla 3 kpa..3.6 1. 1.3 1.6 1.9 2.3 2.6 2.9 3.2 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.2 5.5 5.8 Aika (s) Pintapaineen jakautuminen kontaktialalla Ajosuuntaan ja sivusuunnassa huippujännityksiä Rengaskuorma * huomioi painonsiirto työkoneista. Lisää kuormaa ajon aikana Ajonopeus * pellolla pienempi kuin tiellä > rengaspainetta voi pienentää Rengaspaine * niin pieni kuin teknisesti mahdollista Koneen vetokyky ja vetohyötysyhde * vierintävastus * pito, luisto pieneksi Pintapaine * kontaktiala Renkaan koko suurenee > rengaspaineen pienentäminen +leveys lisää kantavuutta, painuessa suuri vierintävastus +halkaisija parantaa vetokykyä (telailmiö, pieni vierintävastus) Renkaiden lukumäärä *paripyörät kantavuus 1,76 kertainen vrt. yhteen pyörään * rengaspaineen lasku, jotta käytöstä hyötyä Renkaan rakenne * joustava rengas > tasainen maakosketus, pintapaineen jakauma Kuormituksen syvyys * Suuri rengaskuorma > suuri kontaktiala > jännitys ulottuu syvälle Pitkäaikaisen tiivistymisen riski Toisto ja massa Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Tiivistymishaittojen kestoaika Tiivistymän syvyys vaikuttaa Välitön vaikutus * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3 5 vuotta Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * Suomen oloissa savimaassa yli 2 vuotta * vaikea korjata Depth (cm) Haitallista tiivistymistä oli jo hevosaikaan 6
Haitallisen tiivistymisen välttäminen Persistent effects of subsoil compaction on soil ecological services and functions POSEIDON (29 213) Maan kosteus Maan kestävyys [luokka] Tutkia pohjamaan tiivistymisen välittömiä ja pitkäaikaisia vaikutuksia maan huokostoon ja siellä tapahtuviin veden ja kaasujen kuljetusprosesseihin Erittäin huono Selvittää pohjamaan tiivistymisen vaikutus veden liikkumiseen sekä torjunta aineiden ja fosforin huuhtoutumiseen maalajiltaan erilaisissa maissa märkä Huono Ei peltoajoa Selvittää pohjamaan tiivistymisen vaikutus denitrifikaatioprosessiin sekä typen kaasumaisiin päästöihin Tutkimuksen tavoite on alkuperäisen tutkimussuunnitelman mukainen Tutkimuksen hypoteesit ovat: pohjamaan tiivistyminen lisää veden oikovirtausta makrohuokosissa ja samalla se lisää muutoin huonosti maassa liikkuvien yhdisteiden huuhtoutumista pohjamaan tiivistyminen lisää denitrifikaatiota, jolloin dityppioksipäästöt maasta kasvavat kostea kuiva Kohtalaisen huono Melko kestävä Peltoajo sallittu 5 1 15 2 rengaspaine.8 * keskimääräinen Keskimääräinen pintapaine kovalla alustalla[kpa] Rengaspaine [kpa] Puimuri Kasvinsuojeluruisku Kylvökone Lannoitteenlevitin Traktori Ajokertojen määrä * Kuormituksen peittävyys kuinka suuri ala kuormittuu * Toisto samassa kohtaa kuormituksen tehostaminen Viljanviljely 5 1 15 2 25 3 35 4 Tallaamis % Ajonopeus Danfors 198 Kiinteät ajourat? mm. Australiassa panostettu: tavalliset koneet, raideväli sovitettu tasajaolle esim. 3 m:n kerranteiksi Yhdistetty kevennettyyn muokkaukseen *Kuormitusaika lyhenee ajonopeuden kasvaessa * Telalla pitkäkuormitusaika kontaktipinta pitkä * Koneen heilunta kuormituspiikkejä Bolling 1987 7
Kiinteät ajourat Pohjamaan tiivistymisen mekaaninen kuohkeuttaminen Miten poistaa juurten kasvua ja aineiden liikkumista haittaava kerros/tiivistymä? Kokeiltuja keinoja a. Mekaanisesti b. Biologisesti c. Näiden yhdistelmä Lähde: Tim Chamen Maan luontainen vaihtelu syvyyssuunnassa Jankon ja pohjamaan muokkaukseen erilaisia jankkureita Suomessa syväkuohkeutus kokemukset eivät ole olleet rohkaisevia voi kuitenkin olla tarpeen esim. karkeiden maiden iskostumisen rikkomisessa tai yhdistettynä luonnonprosessien kuohkeutukseen: sen alkuunpääsemisen nopeuttajana: ensin mekaaninen käsittely viherkesanto tms. Ilmenneitä ongelmia: * Maan kosteus kuohkeutettaessa sade, liettyminen * Uudelleen tiivistyminen rakenteen stabilointi * Kustannukset lyhyt jälkivaikutus tulosten epävarmuus työ ja konekustannus toimenpiteen toistuvuus 8
Oireet > selvitä syy Jankon/pohjamaan rakenne haittaa Tarve: ala, syvyys kustannukset/hyödyt Toteutus * ajankohta: maa murustuvaa työsyvyydessä kasvusto kuivattanut maan * maa: ei huonoa maata pintamaahan (maalaji, ph, orgaaninen aines) * kalusto, riittävä työsyvyys Rakenteen vakiinnuttaminen viherkesanto, ei saa tiivistää uudelleen Maan laadun omatoiminen havainnointi Ei ole ollut kaupallisia palveluja tai ohjeistusta maan laadun määrittämiseen omatoimiseen määritykseen ja tulosten tulkintaan tehty Peltomaan laatutesti Kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/ Peltomaan laatutesti maan rakenne Vähintään 2 kuoppaa lohkolle Peltomaan laatutesti täydentävät mittaukset kertovat maan toiminnasta 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 Mittauslukemia verrataan MTT:n mittausten pohjalta määriteltyihin raja arvoihin pisteytys laatutestin tuloksiin Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/ 9
Peltomaan laatutesti havainnot ja mittaukset kootaan arvio maan kunnosta Mittaustulokset skaalataan 1 Yhteismitallistaminen Matemaattinen malli laskee skaalauksen: pohjana raja arvot joiden perusteella skaalaus 1 = erittäin hyvä arvo Arvosteluasteikko pellon kunnosta pisteytyksen perusteella: erittäin hyvä, tyydyttävän hyvä, välttävä, huolestuttava http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/ Toimiva ojitus Kalkitus Viljelykierto Mekaaninen muokkaus harkiten Luonnonprosessien edistäminen Tiivistämisen välttäminen Yhteenvetoa Maan rakenteen hoito parantaa muokkautuvuutta ja kantavuutta, vähentää tiivistymisriskiä, helpottaa luonnonprosessien toimintaa tehostaa kasvien ravinteidensaantia ja kasvua sekä maaperäeliöstön toimintaa eloperäisen aineksen, juurikanavien ja maaperäeliöiden lisääntyminen kuohkeutus, murustaminen, sekoittaminen kuivuminen/routa: halkeamat, murut juuret, mikrobit, lierot: murut ja makrohuokoset huokoisuuden säilyttäminen Tiedon hallinta maaperän hoidossa Tarvitaan systeemiratkaisuja: Teknologisten keinojen tuottaminen monipuolisen tiedon yhdistämistä mittaus tuottaa tietoa, mutta vasta tiedon hyödyntäminen tuottaa taloudellista tulosta mittausteknologian käytöstä Kiitos! 1