Maan rakenteen hoito osa viljelyn suunnittelua

Sisältö Maan rakenteen hoito osa viljelyn suunnittelua Humuspehtoori 3 vuotta. Viljelymaan hyvän hoidon seminaari 27.2.214 Tyrväntö Laura Alakukku, Maataloustieteiden laitos Maan rakenne Maalajien väliset erot Murujen merkitys Huokoset: LVI Viljelyn vaikutus maan rakenteeseen perusparannukset kasvinvuorotus, kasvilajien valinta muokkaus maanparannusaineet maan tiivistyminen uusimman tulokset ja esimerkki sen välttämisen suunnittelusta Työkaluja maan rakenteen hoitoon Yhteenveto maan rakenteen hoito osa viljelyn suunnittelua ja toteutusta Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi 8.3.214 1 Maan käytön muutos: metsästä pelloksi Metsä raivataan ja maa-alue otetaan viljelykäyttöön Maan käyttö muuttuu merkittävästi Vesitalouden hallinta: kuivatus Toimenpiteiden toistuvuus ja intensiteetti esim. muokkaus, kalkitus, maanaparannusaineet, lannoitus Kasvipeitteisyyden kesto moni- tai yksivuotiset kasvit, alus- tai kerääjäkasvit Maan rakenteen muodostuminen (yksi)hiukkeinen mururakenne massiivinen rakenne eri kokoiset ja muotoiset rakenne murut (aggregaatit) karkea- hienorakeinen Kuva: Liisa Pietola /HY 21 murujen muodostuksen merkitys S Kuva: M-L Westerlund, MTT

Maan rakenne muruja ja huokosia Maan kiintoaines muodostaa rakenteen rungon - hiukkasten ja murujen välissä/sisällä huokosia -rakenteen muodostuminen savimaiden viljeltävyyden edellytys Huokosissa vettä ja ilmaa -huokosten kokojakauma, jatkuvuus ja kestävyys MMM Neste Huokosto Kivennäisaines Kaasu Eloperäinen aines Maan rakenteen ylläpidon ja hoidon tavoite: kaikki maalajit: toimiva huokosto etenkin hienojakoisilla mailla: kestävä mururakenne Tavoitteena veden liettävää vaikutusta kestävä mururakenne - eroosioalttiit maalajit Murujen muodostuminen <> savespitoisuus Karkeissa maissa mururakenne löyhä Murujen kestävyys vähentää * liettymistä * kuorettumista * eroosiota, veden savisameutta * varmistaa veden imeytymistä pinnasta syvempiin kerroksiin Savisamea Vesi Kestävät murut Mekaanisia muruja: esim. kuivuminen-kostuminen, muokkaus Kuvat: Risto T. Seppälä, MTT Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Biomuruja, eloperäinen aines, mikrobitoiminta Maan kosteus paino % Vesi ja ilma maan huokosissa savi ja hieta vertailu 6 5 4 3 2 1-2,5-1 -2-3 -5-1 -15 Maaveden imu kpa Pinta voi liettyä ja veden imeytyminen hidastua Hiedan hetkellinen veden varastointikyky märissä oloissa pienempi saveen verrattuna Hieta Savi Vesi ja ilma maan huokosissa maalajien välillä eroja Maalaji maaveden Hk Ht Sa imu Veden pidättyminen eri maalajeilla imun arvoilla -3 ja -1 cm Vakkilainen (29) Maan vesi- ja ravinnetalous MMM 2 vuotta 1 vuotta 1 vuotta % 2 % 4 % 6 % 8 % 1 % Osuus maatilavuudesta Kiintoaines <,3 >,3 kutistuma Rahkaturve, kyntökerros: rakenne 1 v. aikana Maatuu vedenjohtavuus huononee ja veden pidätyskyky kasvaa kuivatusongelmat kantavuusongelmat Lähde: Alakukku ym. (26), Valokuvat: Taisto Siren, MTT Lähde: Merja Myllys, MTT

Huokosto maan LVI järjestelmä vaikuttaa ominaisuuksiin ja prosesseihin Kasvin kasvu Sadon määrä ja laatu Ravinteiden hyväksikäyttö Eloperäistä ainesta maahan Kasvutekijät maassa Vedenläpäisevyys, veden varastointi Kaasujen vaihto märässä maassa Mekaaninen vastus Ravinnetalous Eloperäinen aines, eliöstö Viljeltävyys Muokkautuvuus, vetovastus Kantavuus Liettyminen ja kuorettuminen Poudanarkuus Ojituksen toiminta kuivatus Ympäristökuormitus Pintavalunta Eroosio Ravinteiden huuhtoutuminen Kasvihuonekaasut Ravinteiden hyväksikäyttö Viljelytoimien vaikutus maan rakenteeseen MMM aineiden liikkuminen eliöiden ja juurten kasvuympäristö Talous: ojitus ja muokkaus ongelmat, satotappiot, ympäristöhaitat Viljelytoimet vaikuttavat maan rakenteeseen kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin Viljelykierto Kasvinvuorotus Toimiva ojitus Paikalliskuivatus Hyvä rakenne Huono rakenne Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet MMM Muokkaus Peltoliikenne tiivistäminen hiertäminen Kasvinsuojelu mekaaninen torjunta-aineet Perus- ja paikalliskuivatus Suorat ja välilliset vaikutukset Paikkojen välillä vaihtelua: maalaji, topografia, sääolot Aika: välittömät, lyhyt- tai pitkäaikaiset vaikutukset Peruskuivatus Veden imeytyminen maahan, pintavalunnan vähentäminen Viljeltävyys: kantavuus, töiden ajoitus Osa kastelujärjestelmää tietyillä maalajeilla Viljelykasvin sato: määrä ja laatu

Kuivatus muuttanut savimaan ominaisuuksia -Kuivatus savimaan kuivuminen/kostuminen kutistuminen/paisuminen makrohuokosia, muruja biologiset prosessit lierokäytäviä, juurikanavia, mikrobitoiminta -Vaikuttanut merkittävästi viljellyn savimaan pedogeneesiin Jokioisten savimaassa (viljelty 17-luvulta, MMM salaojitettu 193-luvulla) rakenne muodostunut 15 cm:iin Veden pidättyminen maahan eloperäisen aineksen merkitys karkeissa maissa Hiekkaan lisätty humusta 1 Hiekka 2,7 % 3 2,1 % 4 6,% 5 Turve Andersson (1967) Hietamailla veden kapillaarinen nousu parantaa veden saatavuutta Lähde: Yli-Halla ym. Agricultural and Food Science (29) Syvyys (cm) Syvyys (cm) -1-2 -3-4 -5-6 -1-2 -3-4 -5-6 Kasvien välillä eroja juuristossa määrä, ulottuvuus, kasvurytmi kasvilajin valinta, kasvinvuorotus Aitosavi, kaura eri vuosina Juuria (kpl/cm 2 ).5 1 1.5 2 2.5 Hieusavi/aitosavi vuonna 1999 Juuria (kpl/cm 2 ).5 1 1.5 2 2.5 Ruokonata Nurminata 1998 1999 2 Syvyys (cm) -1-2 -3-4 -5-6 Hieusavi/aitosavi vuonna 1993 Juuria (kpl/cm 2 ).5 1 1.5 2 2.5 Puna-apila Sinimailanen Keltamesikkä Juurten kasvun dynamiikka ravinteiden oton ajoitus, kantavuus Agriculture, Ecosystems and Environment 18 (25) 135 144 Juurten kokonaislukumäärä -5 cm:n kerroksessa Kasvukauden aikana. Timotei ja puna-apila 1. satovuosi Lähde: Pietola & Alakukku 25. Agriculture, Ecosystems and Environment 18:135 144 Lähde: Pietola ym. julkaisematon aineisto

Viljelykierto ja maan kuivuminen murujen kestävyys märkäseulonnassa Maan kuivuminen stabiloi muruja syysmuokkaus mahdollisimman aikaisin sadonkorjuun jälkeen typen mobilisaatio? NTU/g 14 12 1 8 6 4 2 grassland cultivated air-dried field-moist air-dried field-moist soil B Turbidity soil G Helena Soinne 211 HENVI seminaari 9.11.211 Syvyys cm Soil layer (cm) -5 5-2 2-35 Muokkaus ja maan rakenne veden liikkuminen ja murujen kestävyys Kun muokkausta kevennetään muokkaus intensiteetti pienenee ja usein myös muokkaussyvyys eloperäisen aineksen hajoaminen hidastuu ja se kertyy maan pintakerrokseen Savimaa Jokioinen Suorakylvö Kyntö..1.2.3 Orgaaninen organic C (g g -1 hiili soil) g g -1-5 5-2 2-35 Savimaa Aurajoki Maan C eri kerroksissa Depth from soil surface, cm -2.5 2.5-5 Ploughed soils 5-7.5 NT.6.8 1. 1.2 CT 1.4 1.6 1.8-2.5 2.5-5 No-till soils..1 5-7.5.2.3 organic C (g g -1.6.8 1. 1.2 1.4 1.6 1.8 soil) Relative C enrichment by depth (concentration at 7.5-2 cm layer = 1.) Muukkonen ym. (27) Lähde: Uusitalo ym. (211) Muokkaus intensiteetti ja maan rakenne Pintaan kertyvä eloperäinen aines vakauttaa mururakennetta Suorakylvössä ja sänkimuokkauksessa kestäviä muruja maan pintakerroksessa vähentää eroosion riskiä Lähde: Uusitalo ym. (29) Maan muokkaaminen hienoksi liettyminen, kuorettuminen, eroosio veden imeyntä pinnasta syvemmälle Kiintoaines valuntavedessä TSS in runoff, g L g/l -1 12 Ploughed 1 No-till 8 6 4 2 1.5 2.5 3.5 4.5 Orgaaninen Organic C hiili at -2.5-2,5 cm cm layer, kerros % % Näytteet syksyllä ennen muokkausta Suorakylvö Kynnetty Murustettu Muokkaus ja maan biologiset ominaisuudet Mikrobibiomassa (PLFA summa) Acktinobakteeri indikaattori (1-17:+P1-19:) Sienibiomassa indikaattori (18:2) Lieroyksilöitä m -2 7 6 5 4 3 2 1 MMM 1 (hshht) MMM 2 (He) 3 (hthe) Lohkopari (maalaji) Suorak. Kyntö 4 (HeS) Yhteensä 1 935 yksilöä: 82 % suorakylvetystä maasta Suorakylvetyssä endogeeisiä (pintamaan lajeja) 4 %, kynnetyssä 9 % Lähde: Alakukku ym. (24) No-till=kyntämätön Till=kynnetty Lähde: Sipilä ym. Applied and Environmental Microbiology (212)

Eroosion vähentäminen kokopellon alalla - esikoe pintakalkituksesta Eroosion vähentäminen kokopellon alalla - esikoe nollakuidulla Fosforin pitoisuus valuntavedessä (mg/l) 5 4 3 2 1 Sadesimulaatiokoe, sadetus: 5 mm/h kolme tuntia N N kalkitus S S kalkitus P P kalkitus PP DRP -Kasvipeite - Maan rakenteen kiinteys -Kalkitus nosti maaveden kationipitoisuutta N = suorakylvö, ei muokkausta S = syyssänkimuokkaus -12 cm P = syyskyntö -2 cm Kalkitus = 5 kg/ha piippukalkkia PP = partikkelifosforin pitoisuus DRP = liuenneen reaktiivisen fosforin pitoisuus Lähde: Aura ym. 26 MTT:n selvityksiä Alakukku & Aura 26 Lähde: P. Muukkonen (29) Maan tiivistymisen vaikutukset ja niiden kestoaika Tiivistymishaittojen kestoaika tiivistymän syvyys vaikuttaa Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * luonnon prosessit vaikuttavat hitaasti * vaikea korjata Tärkeää välttää Välitön vaikutus * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3-5 vuotta savimaa, karkea ja eloperäinen maa vähemmän

Tiivistäminen käy nopeasti mutta toipuminen voi olla hidasta kaksi pohjamaan tiivistymisen pitkäaikaiskenttää Ruotsissa karkean maan kenttä: tiivistetty v.1995 vilja-sokerijuurikas kierto Suomessa savimaan kenttä: tiivistetty v. 1981 viljelty kevätviljoja V. 29 (Kävlinge) ja v. 21 (MTT, Jokioinen) - Mittauskampanja kentillä (näytteet maasta) -Kasvihuonekaasut ja maan ilman laatu mitattu vähintään vuoden ajan Pohjamaan tiivistymiskokeet perustettiin 1981 ja 1995 Jokioisissa savimaa (Vertic Cambisol): 2 cm 48 % 2 4 cm 56 % 4 6 cm 66 % Salaojitettu 1 m, viljelyssä kauan Tiivistys (4x, urat vieriviereen): 19 MG teliakselilla Rengaspaine 7 kpa Ruotsissa hietamaa (Mollic Endogleyic Luvisol) 3 cm 27% 5 cm 26 % 7 cm 23 % www.poseidon-nordic.dk https://djfextranet.agrsci.dk/sites/poseidonnordic/offentligt/sider/front.aspx Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi http://www.holmer-maschinenbau.de/uploads/pics/prod_t3_vorne_1.jpg Tiivistetty kuusirivisellä sokerijuurikkaan nostokoneella 21 MG, 24 kpa, 3:na vuonna Verranteena molemmissa kokeissa tiivistämätön 8.3.214 26 maa A Savimaan makrohuokoset 29 ja karkean maan 14 vuotta tiivistämisestä A2 3-4 cm, savimaa Suomi -kuvasta laskettu ilmatilavuus 1 kpa:n vesipotentiaalissa (%) CT-scan 2 4 cm, karkea maa Ruotsi A A 2 2,6a 2,b 3-35 cm, savi Veden Ilmanläpäisevyys ( m 2 ) imu (kpa) A A 2-1.8a.2b -3 1.9a.7b -1 85a 17b Maan tiivistymisen välttäminen Peltotöiden ajoitus ja niiden yhteydessä tehtävät valinnat Tiivistämätön Tiivistetty Berisso ym. Soil & Tillage Res. (212b) (Schjønning ym. 213) SSSJA A = ei tiivistystä v. 1981 27 A2 = tiivistetty v. 1981 Kuva: Risto T. Seppälä, MTT

Peltoliikenne kuormittaa maata kone/eläin-maa -systeemi Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): - maan kosteus/märkyys - löyhyys/kiinteys -elastisuus/plastisuus Kuormitus: -jännityksen suuruus, suunta -koneen massa -kuormituksen kestoaika -kuormituksen toistuvuus -kuormituksen jakaantuminen pellolla Jännitys = F/A Leikkaus Maan kestävyys puristuslujuus leikkauslujuus Puristus Syvyys (cm) Syvyys (cm) -5-1 -15-2 -25-3 -35-4 -45-5 -1-15 -2-25 -3-35 -4-45 Märkä maa tiivistyy ja tahtaantuu herkästi Tiivistymisen riski: aikaisin keväällä, myöhään syksyllä Keväällä Maan kosteus (cm 3 /1cm 3 ) 1 2 3 4 5 6.5. Aitosavi 23.5. Aitosavi 24.5. Hiesu 3.5. Hiesu Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/1g) 1 2 3 4 Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 Muokattu Trautner ja Arvidsson (2) Esittämästä kuvasta Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Töiden ajoitus: riski suuri aikaisin keväällä ja myöhään syksyllä Peltoajon määrän rajoittaminen maan ollessa märkää viljelykierto/ajoitus, lannanlevitys (fraktiointi, satelliittisäiliöt), sadon erikuivatus, koneratkaisut (pintapaine, rengaskuorma, kapasiteetti), ajokertojen määrä ja niiden jakautuminen pellolla Tiivistymisriskin pienentäminen peltoliikenteen suunnittelu Ajouria (ei muokkausta) Kasvuunlähdön epätasiasuus Epätasainen pinta Tiivistyminen Urat keräävät vettä -Lohkokoko -peruslohkon keskikoko v. 28 2,4 ha -päisteajo -liittymien määrä tieltä -peltoliikenteen suunnittelu Juuriston käyttö tukiverkkona (mm. eloperäiset maat) -Lohkojen muoto -päisteajo -päällekkäin ajo (ajo-opastimen käyttö) -työn sujuminen

Kiinteät ajourat? mm. Australiassa panostettu: tavalliset koneet, raideväli sovitettu tasajaolle esim. 3 m:n kerranteiksi Yhdistetty kevennettyyn muokkaukseen Aikaikkunan tehokas hyödyntäminen Töiden suunnittelu pelto- ja tieajon ajoitus lannan levitys: etäsäiliöt peltoajo kapeassa aikaikkunassa tieajo esim. talvella urakoitsija eri kalusto tiellä ja pellolla sadonkorjuu Menetelmien valinta lannan separointi/fraktiointi lannoitearvon nosto levitysmäärä/ha ajon vähentäminen lannan letkulevitys Korjuu-kuljetus-jatkokäsittely ketjun toimivuus Liikenteen järjestely suurilla lohkoilla Automaatio koneiden keventäminen, liikenteen suunnittelu ja optimointi, muokkauksen keventäminen Pohjamaan tiivistymisen mekaaninen kuohkeuttaminen: karkeilla mailla tiivistymän rikkominen Miten poistaa juurten kasvua ja aineiden liikkumista haittaava kerros/tiivistymä? Kokeiltuja keinoja a. Mekaanisesti b. Biologisesti c. Näiden yhdistelmä Århusin yliopistossa peltokäyttöön rakennettu Hortibot vuosimallia 27 (Kuva: Århus University) Lähde: New Scientist 1 November 212 Yksi iso <> monta pientä Fendt paritraktori Kuva: Laura Alakukku

Maan laadun omatoiminen havainnointi Maan rakenteen hoito tietoa maan tilasta, tiedon käyttö päätöksenteossa Ei ole ollut kaupallisia palveluja tai ohjeistusta maan laadun määrittämiseen omatoimiseen määritykseen ja tulosten tulkintaan tehty Peltomaan laatutesti havainnot ja mittaukset kootaan arvio maan kunnosta Kemialliset, fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet Tulosten perusteella toimenpidesuosituksia http://www.virtuaali.info/efarmer/peltomaan_laatutesti/ Terranimo - verkossa työkalu tiivistymisriskin arviointiin koneiden aiheuttama kuormitus <> maan lujuus Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Mallin rakenne 1. Maan ja renkaan välinen kontaktiala ja pintapaineen jakautuminen alalla FRIDA malli (Keller, 25: Biosystems Engineering 87 Schjønning, 28: Biosystems Engineering 99) 2. Jännityksen jakautuminen maassa Söhnen mallin mukaan 3. Verrataan maan lujuutta ja jännitystä Jännitys > lujuus suuri tiivistymisriski jännitys < lujuus pieni tiivistymisriski www.soilcompaction.fi http://www.soilcompaction.eu/menu/1_home/home.aspx Lähde: Mattias Stettlerin esitys NJF448 seminaarissa

Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Terranimo kone-maa jännitys <> maan lujuus Reaaliaikaisia mittauksia tarvitaan mallituksen tueksi Tiedon hallinta maaperän hoidossa Tarvitaan systeemiratkaisuja: -Teknologisten keinojen tuottaminen monipuolisen tiedon yhdistämistä mittaus tuottaa tietoa, mutta vasta tiedon hyödyntäminen tuottaa taloudellista tulosta mittausteknologian käytöstä Maan kasvukunnon ylläpito pitkäjännitteistä toimintaa -Osa viljelyn strategista suunnittelua -Mukana kaikessa operatiivisessa suunnittelussa -Maan rakenteen voi pilata nopeasti väärillä valinnoilla -esim. tiivistyminen -Rakenteen korjaaminen vaatii pitkäjännitteisyyttä Lähde: www.soilscout.com

Yhteenveto Rehevä kasvusto -Ottaa tehokkaasti ravinteita Maan tiivistymisen ja jättää maahan eloperäistä ehkäisy ainesta. -Huokosrakenne säilyy Muru- ja huokosrakenteen -Kuivattaa maata, jolloin läpäisevänä kestävyys savimaahan halkeamia. -Vähentää muokkaus- -Estää liettymistä, kuorettumista ja tarvetta eroosiota. -Vähentää veden lätäköitymistä, Viljelykierto Syväjuuriset ja pintavaluntaa ja maan tiivistymistä. Kalkitus monivuotiset kasvit: -Kasvien kasvu eloperäisen aineksen -Maan biologinen kertyminen, biologinen Valuntasuhde toiminta, mururakenne muokkaus, kasvipeite Pintavalunta pieneksi -Maanesteen ioniväkevyys ja kationikoostumus Hyvä vedenläpäisevyys Veden nopea imeytyminen, maan kyky varastoida hetkellisesti Muokkaus -Maan pinnan painannevarasto ja muokkauskerroksen vettä ja hyvä vedenjohtavuus Toimiva ojitus hetkellinen vedenvarastointikyky vähentävät lätäköitymistä ja pinta- -Tyhjentää nopeasti makrohuokoset suurenevat ainakin hetkellisesti. valuntaa sekä lisäävät salaojavaluntaa ja vähentää märkyyden haittoja. -Kuohkeuttaa tiivistynyttä maata. -Kasvien kasvu ja ravinteidenotto, -Luovuttaessa kynnöstä maan Biologinen toiminta maan luontaiset prosessit hyötyvät. pintakerrokseen kertyy eloperäistä -Lierot huokoistavat -Tiivistymisen riski vähenee. ainesta, mikä parantaa murujen ja murustavat maata. -Kevennetyn muokkauksen edellytys vedenkestävyyttä -Mikrobitoiminta parantaa -Muokkauksen vähentämisen Tavoite murujen kestävyyttä. -Edellytys kevennettäessä muokkausta. Maan prosessit Perustoimenpiteet edellytykset: läpäisevä rakenne, toimiva ojitus, biologinen kuohkeutus korvaa mekaanisen, tiivistymisen ehkäisy. Viljelytoimenpiteet Alakukku et al. 28, Maa- ja elintarviketalous 12 Kiitos! Kuva: Ansa Palojärvi, MTT