P in Action Fosfori maassa ja maasta kasviin Kimmo Rasa Vanhempi tutkija, MTT TEHO plus Seminaari 14.2.2012
Esityksen sisältö Jana 200 µm Fosfori maasta kasviin veden mukana Maan kyky ylläpitää maanesteen fosforipitoisuutta (kemia) Maanvesitalous ja juurten kasvu (fysiikka) Orgaanisen aineen hajotus ja ravinteiden vapautuminen (biologia) Fosforilannoitus Talous (Fosfori väärässä paikassa) 22.2.2012
Fosforista Maailman laajuisesti useissa ekosysteemeissä fosforin niukkuus rajoittava kasvutekijä Rajallinen luonnonvara markkinahinta nousujohteinen Elintärkeä kasvin entsyymireaktioille ja energia-aineen vaihdunnalle Lannoitus lisännyt olennaisesti Viljelykasvien satotasoja Vesistöjen rehevöitymistä Miten ylläpitää samaan aikaan riittävät satotasot ja hyvä ympäristötila sekä huomioida lannoitefosforin rajalliset varannot? 22.2.2012
Fosforista 1930-luvulta lannoituksen seurauksena kertynyt lähes 1000 kg P ha -1 muokkauskerrokseen Helppoliukoinen fosfori tuplaantui 60 ja 70-lukujen aikana, 5 mg l -1 10 mg l -1 1996-2000 12-14 mg l -1 ( tyydyttävä) Vaihtelua tuotantosuunnittain 22.2.2012 Syvyys Kokonais P Kokonais P P H 2 O cm mg/kg kg/ha* mg/kg Sjökulla 0-20 969 2300 2.7 Kotkanoja 0-24 1355 3300 4.3 Toholampi 0-27 689 1700 1.1 Loppi 0-30 1870 4500 33 *laskennallinen arvo 20 cm muokkauskerroksessa Peltovuori 2006
Fosforista Suomalaiset maat nuoria ja heikosti rapautuneita Primäärimineraalit rapautuminen orgaaniseen aineeseen sitoutunut P Fe, Al- oksidit ja hydroksidit vähän liukoista P:tä 22.2.2012 Bünemann et al. Phosphorus in action Liukoinen fosfori
Fosforista? 22.2.2012 Tieto tuottamaan 127. Ravinteet kasvintuotannossa
P-dynamiikka ja mikrobitoiminta Bünemann et al. Phosphorus in action 22.2.2012
Fosforin pidättyminen Fe- ja Al-oksidien pinnat Ligandin vaihto (OH ja H 2 O-ryhmät vs. H 2 PO 4 ) Tehokkaampaa alhaisessa PH:ssa (H + H 2 O) Sitoutuu lujasti maa-ainekseen Maanesteen PO4-pitoisuuden laskiessa fosforia vapautuu pidätyspinnoilta Helpommin jos korkea kyllästysaste eli pidätys paikat jo täyttyneet fosforilla kasvien P:n otto vs. kuormitusriski Matala ph 22.2.2012 Heinonen et al- Maa, viljely ja ympäristö
Maan fosforipitoisuus, P-luku Mitä enemmän maassa on fosforia (kyllästysaste), sitä helpommin ja enemmän sitä vapautuu liukoiseen muotoon Kasveilla riittävästi fosforia Liuenneen fosforin pitoisuus valumavedessä kasvaa Vesistöön päätyessään runsaasti fosforia sisältävä maa-aines vapauttaa fosforia tehokkaasti Pintavalunnan liuennut P, mg/l 10 1 0.1 0.01 0.001 1 2 5 10 25 50 100 Maan fosforiluku (viljavuus), mg/l maata Korkea P-luku vs. alhainen P-luku P P P P P P P P P P P Uusitalo ja Jansson, MTT Eroosio P P P P
Varsin pieneltä osalta valuma-aluetta voi tulla merkittäviä kuormia Håkan Jansson ja Aaro Närvänen: Rehtijärviprojekti Ojaveden valumapainotteinen liuenneen fosforin pitoisuus 0,10-0,31 mg/l <0,01-0,24 mg/l 0,08-1,31 mg/l Pellon fosforiluku, Pintaala Liuenneen P:n (DRP) kuorma mg P/l ha kg P/v < 3 75 4,5 3-6 6-12 12-40 > 40 80 50 17 3 10,8 13,5 13,3 5,0 Rehtijärveen päätyvästä liuenneen fosforin kuormasta 50 % on peräisin alle viidesosalta peltoalasta; pääosin lohkoilta, joille levitetään tai on levitetty usein kotieläinten lantaa. Dia: Risto Uusitalo
Eroosio Kaltevuus + kyntö Rusle-eroosioriskikartta + P-luku =Tehokas työkalu partikkeleihin sitoutuneen fosforikuormituksen arvioimiseksi Lemola ja Turtola, MTT Lähde: Uusitalo ym. 2007. Maatalous Itämeren rehevöittäjänä, Maa- ja elintarviketalous 96
Juuristo, fosfori ja maan rakenne chemotropism Viljojen sadon mukana poistuva fosfori 3,5-4 kg P /satotonni Satotaso 3,5 tn/ha 12-14 kg P / ha Juuristolla kyky hakeutua kohti Kosteutta Fosforipitoista maata Suotuisa maan rakenne helpottaa molempia tehtäviä Fosforin kertyminen pintamaahan? Vähän P Paljon P 22.2.2012 Bünemann et al. Phosphorus in action gravitropism
Juuristo, fosfori ja maan rakenne Kuiva maa Vesi Ilma Kiintoaine Vesi Ilma Vesi Ilma Kiintoaine Tiivistyminen Kiintoaine -Hapettomuus -Heikko juurten kasvu ja ravinteiden otto - Mikrobitoiminta häiriintyy Hiertäminen vähentää huokosten jatkuvuutta Veden liike Vesi Kiintoaine Märkä maa Ilma
Juuristo, fosfori ja maan rakenne Hyvä maan rakenne Kestävät murut, jatkuvat huokoset Nopea veden imeytyminen Maan kuivuminen ilmava Hyvä vedenvarastointikyky Juuret kasvaa ja ottaa ravinteita tehokkaasti Suotuisa lieroille ja muille eliöille Orgaaninen aines, lierot, kalkitus edistää hyvää rakennetta Harkittu peltoliikenne, akselipainot ja ajankohta Kuva: Airi Kulmala
Peltomaan laatutesti Maan laadun omatoiminen havainnointi Huomioi kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet Edellytykset kasvin hyvälle kasvulle ja ravinteiden tehokkaalle hyväksikäytölle Dia: Laura Alakukku http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/
Peltomaan laatutesti maan rakenne Vähintään 2 kuoppaa lohkolle 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 Dia: Laura Alakukku http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/
Peltomaan laatutesti havainnot ja mittaukset kootaan arvio maan kunnosta Mittaustulokset skaalataan 0-10 Yhteismitallistaminen Matemaattinen malli laskee skaalauksen: pohjana raja-arvot joiden perusteella skaalaus 10 = erittäin hyvä arvo Arvosteluasteikko pellon kunnosta pisteytyksen perusteella: - erittäin hyvä, - tyydyttävän hyvä, - välttävä, - huolestuttava Dia: Laura Alakukku http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/
Lannoituksen optimointi Molybdeeni Sinkki Typpi Rikki Kalium Mangaani Boori Fosfori Kalsium Seleeni Mangnesium Kupari Rauta
Fosfori lannoituksen optimointi P 2,3 /kg N 1,0 /kg K 0,7 /kg Lähde: KM 10/2010 Lähde: MT 27.9.2010
Fosforilannoituksen optimointi Lähde: Valkama et al. 2011 Diat: Risto Uusitalo (& KR) -Biologinen optimi vs. taloudellinen optimi -Kylän paras sato vai paksuin lompakko -Laskee sen P-lannoituksen, millä rahapussiin jää eniten voittoa erilaisilla sadon arvoilla ja lannoite-p:n hinnoilla - Perustuu 43 koepaikalla mitattuihin satovasteisiin -kokeiden pituus vaihdellut 2-16 vuotta/koepaikka (50-luvulta ) -Kokeissa kontrollina NK-lannoitetut jäsenet -P-lannoitusportaat välillä 6-100 kg P/ha -Soveltuu viljojen P-lannoituksen optimointiin Dia: Risto Uusitalo
Mikä on optimisatotaso? Fosforilla saatavan sadonlisän määrä riippuu eniten maan fosforitilasta ja maalajista. Eniten sadonlisää voi odottaa alhaisissa maan P-luokissa. Fosforin vaikutus sadonlisään on suurin turvemailla ja pienin savimailla. Dia: Risto Uusitalo Sadonlisä NK-lannoitettuun verrattuna, kg/ha 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea
Mikä on optimisatotaso? Laskentamalli kysyy arviota sadon myyntihinnasta ja muuttaa sadonlisän määrän euroiksi Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo, /ha 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea
Mikä on optimisatotaso? Sen jälkeen lasketaan P-lannoitekustannus, jotta voidaan vähentää se sadonlisän tuomasta tuotosta Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo ja P-lannoitekustannus, /ha 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 P-lannoitus, kg/ha Huono Huononlainen Välttävä Tyydyttävä Hyvä Korkea
Mikä on optimisatotaso? Kannattavin lannoitustaso on se, missä tulojen ja menojen erotus on suurimmillaan (esimerkissä sadon arvo 120 eur/tn ja P:n hinta 1,2 eur/kg) Dia: Risto Uusitalo Sadonlisän arvo ja P-lannoitekustannus, /ha 55 50 Huono 45 +23 40 35 Tyydyttävä 30 +13 25 20 Korkea 15 10 +1 5 0 0 10 20 30 40 50 P-lannoitus, kg/ha
Mikä on optimisatotaso? Taloudellinen optimi selvästi alempi kuin sadon maksimoimiseen tarvittava lannoitus Ympäristötuen fosforirajat ovat tämän päivän fosforin ja viljan hintasuhteilla selvästi korkeampia kuin taloudellisesti kaikkein kannattavin lannoitustaso Satovasteen ja taloudellisen kannattavuuden kriittinen raja 6 mg/l savimaat (huono - välttävä) 10 mg/l karkeat kivennäismaat (huono- välttävä) 15 mg/l eloperäiset maat (huono tyydyttävä/hyvä) 1900-luvun aikana peltoihin on kertynyt lannoitefosforia keskimäärin 1000 kiloa hehtaaria kohden. Pintamaan helppoliukoisen fosforin pitoisuus kaksinkertaistunut. Nyt voidaan alkaa käyttää näitä vanhoja talletuksia, jotka riittävät hyvin vuosiksi eteenpäin. Lannoituksen vähentäminen 50% peltopinta-alasta ilman taloudellisia tappioita Mallin kehittäminen maan P-tilan muutos, (lanta???) 22.2.2012
Mikä on optimisatotaso? P-lannoitus selitti vain 25-40% sadon lisäyksestä (jos lisäystä syntyi) Sadanta, haihdunta, lämpötila = kasvukauden sääolosuhteet Maan rakenne ja vesitalous Muut ravinteet, kasvitaudit, rikkakasvit etc. Pelkkä P ei kasvia kasvata Tarvitaan kokonaisvaltaista maanhoidon ajattelua Onko keskustelu fosforista ylikorostunutta, viekö se huomion jopa tärkeämmiltä asioilta Toisaalta vesiensuojelun kannalta fosfori avain asemassa Malli, totta vai tarua? Testaa omaa tilannettasi P-laskurilla Tarkastele ravinnetaseita pitkällä aikavälillä sääolosuhteet huomioiden Kokeile omalla pellolla nollaruutu, eli viljely ilman P-lannoitusta (NK-lannoitus) 22.2.2012
3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Tasolla 100 satotaso olisi ilman P:a sama kuin 15 kg P/ha lannoituksella 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 koevuosi
3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 koevuosi NK-lannoitus, Ei P
3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta 120 96 % 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 89 % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan.
3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta 120 96 % 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 89 % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan. Viidentenä vuonna P-lisäysten lopettamisesta satotaso alkaa laskemaan maissa, joiden P-luokka on huono tai huononlainen.
3. Kuinka satotaso muuttuu, jos fosforilannoitusta ei anna joka vuosi? Sato ilman P-lannoitusta, % vertailusadosta (P15) Satotaso ilman P-lannoitusta, % 15 kg P/ha lisäyksellä saadusta sadosta 120 96 % 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 89 % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 koevuosi Neljän vuoden tauko P-lannoituksessa ei näy satotasossa lainkaan. Viidentenä vuonna P-lisäysten lopettamisesta satotaso alkaa laskemaan maissa, joiden P-luokka on huono tai huononlainen. Viljavuusluokissa tyydyttävä, hyvä tai korkea fosforilannoituksessa voi pitää vieläkin pitemmän tauon, jopa 10 vuoden luokkaa.
Ravinnetaseet Ravinteiden lisäys ravinteiden poisto = ravinnetase Lohkokohtainen (porttitase, karjantase, lantatase, tase kasvilajeittain ) Laskettava usealle vuodelle, jolloin voidaan Vertailla eri kasvilajien ravinteiden käyttöä ko. lohkolla Havaita sääolosuhteiden vaikutus lohkon toimintaan satotasojen vuotuiset vaihtelut Tarkastella taseiden vaikutusta P-tilan muutoksiin Havaita hyvin toimivat tai ongelmalohkot Suunnitella toimenpiteitä lohkon kasvukunnon parantamiseksi Toteutuksessa ajatus mukana Mekaaninen laskenta ja huolimaton tulkinta = ajanhukkaa Hyvä työkalu omien peltojen parempaan tuntemiseen ja panosten järkevään kohdentamiseen
Pellolta karanneet ravinteet Ensisijaisena tavoitteena pitää ravinteet pellossa Kosteikkojen rakentaminen soveltuviin kohteisiin (rajallinen) Kosteikkojen teho vaihtelee ja kustannustehokkuudesta saatavilla varsin vähän tietoa Liukoiset ravinteet, PO 4 -P? Kemialliset keinot? 22.2.2012
Valumavesien tehostettu käsittely Erityisesti liukoisen fosforin Saostaminen kemikaalien avulla Pidättäminen soveltuviin materiaaleihin Ferix Fe 2 (SO 4 ) 3 Fe-Ca -oksidirakeet Kuormittavimmat kohteet Korkea P-luku Paljon liukoista fosforia Lupaavia tuloksia laboratoriossa Kenttäkokeita käynnissä Ferix annostelija,aaro Närvänen,Aaro Närvänen Polyalumiinikloridi
Kalsium-rauta-rakeet
Dissolved PO4-P, mg/l 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 23.9.2010 25.10.2010 1.11.2010 4.11.2010 5.11.2010 10.11.2010 11.11.2010 15.11.2010 18.11.2010 Jokioinen/Ojainen In Out 4.4.2011 5.4.2011 6.4.2011 7.4.2011 8.4.2011 11.4.2011 12.4.2011 13.4.2011 14.4.2011 15.4.2011 18.4.2011 19.4.2011 20.4.2011 21.4.2011 26.4.2011 27.4.2011 28.4.2011 29.4.2011 2.5.2011 3.5.2011 20.6.2011 21.6.2011 7.7.2011 15.7.2011 22.7.2011 25.7.2011 8.8.2011 In Out Minimum 0,025 0,006 25% Percentile 0,052 0,031 Median 0,073 0,045 75% Percentile 0,125 0,065 Maximum 0,190 0,136
Ojavesien kemiallinen käsittely ferrisulfaatilla Ferix-3 Keväällä 2007 valunnan alussa (1/3) liuenneen fosforin poistuma oli 91 % ja seuraavan kahden viikon jaksolla 66 %. Kokonaisfosforin poistuma kevätvalunnasta oli 23 %.
KIITOS! Kimmo Rasa Kimmo.rasa@mtt.fi p. 040-1792794 Kuvat: Kimmo Rasa