Sisältö •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 Maan rakenteen hoito – osa viljelyn suunnittelua Humuspehtoori 30 vuotta. Viljelymaan hyvän hoidon seminaari 27.2.2014 Tyrväntö Työkaluja maan rakenteen hoitoon Laura Alakukku, Maataloustieteiden laitos www.helsinki.fi/yliopisto 8.3.2014 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 •Yhteenveto maan rakenteen hoito osa viljelyn suunnittelua ja toteutusta www.helsinki.fi/yliopisto Maan rakenteen muodostuminen (yksi)hiukkeinen rakenne mururakenne eri kokoiset ja muotoiset murut (aggregaatit) massiivinen rakenne Kuva: Liisa Pietola /HY 2001 karkea- hienorakeinen murujen muodostuksen merkitys www.helsinki.fi/yliopisto www.helsinki.fi/yliopisto S Kuva: M-L Westerlund, MTT Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön nimi / Esityksen nimi Tavoitteena veden liettävää vaikutusta kestävä mururakenne - eroosioalttiit maalajit 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 MMM ja kestävyys Murujen muodostuminen <> savespitoisuus Neste Kaasu Karkeissa maissa mururakenne ’löyhä’ Huokosto Eloperäinen aines Kivennäisaines Maan rakenteen ylläpidon ja hoidon tavoite: kaikki maalajit: toimiva huokosto etenkin hienojakoisilla mailla: kestävä mururakenne Murujen kestävyys vähentää * liettymistä * kuorettumista * eroosiota, veden savisameutta * varmistaa veden imeytymistä pinnasta syvempiin kerroksiin Savisamea Vesi Mekaanisia muruja: esim. kuivuminen-kostuminen, muokkaus Kestävät murut ’Biomuruja’, eloperäinen aines, mikrobitoiminta www.helsinki.fi/yliopisto www.helsinki.fi/yliopisto Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Kuvat: Risto T. Seppälä, MTT Maan kosteus paino % Vesi ja ilma maan huokosissa – savi ja hieta vertailu Vesi ja ilma maan huokosissa – maalajien välillä eroja 60 50 40 Hk 30 Maalaji Ht Sa maaveden imu 2 vuotta 20 Hieta 10 Savi 10 vuotta 0 -2,5 -10 -20 -30 -50 -100 -1500 Maaveden imu kPa 100 vuotta MMM 0% Pinta voi ’liettyä’ ja veden imeytyminen hidastua Hiedan hetkellinen veden varastointikyky märissä oloissa pienempi saveen verrattuna Veden pidättyminen eri maalajeilla imun arvoilla -30 ja -100 cm Vakkilainen (2009) Maan vesi- ja ravinnetalous www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Alakukku ym. (2006), Valokuvat: Taisto Siren, MTT 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Osuus maatilavuudesta Kiintoaines < 0,03 > 0,03 kutistuma Rahkaturve, kyntökerros: rakenne 10 v. aikana Maatuu vedenjohtavuus huononee ja veden pidätyskyky kasvaa kuivatusongelmat kantavuusongelmat www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Merja Myllys, MTT Huokosto maan LVI järjestelmä – vaikuttaa ominaisuuksiin ja prosesseihin Viljeltävyys • Muokkautuvuus, vetovastus • Kantavuus • Liettyminen ja kuorettuminen • Poudanarkuus • Ojituksen toiminta kuivatus 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 • Viljelytoimien vaikutus maan rakenteeseen MMM Ympäristökuormitus • Pintavalunta • Eroosio • Ravinteiden huuhtoutuminen • Kasvihuonekaasut • Ravinteiden hyväksikäyttö aineiden liikkuminen eliöiden ja juurten kasvuympäristö Talous: www.helsinki.fi/yliopisto ojitus ja muokkaus ongelmat, satotappiot, ympäristöhaitat Toimiva ojitus Viljelytoimet vaikuttavat maan rakenteeseen kemiallisiin, fysikaalisiin ja biologisiin ominaisuuksiin ja prosesseihin Paikalliskuivatus Hyvä rakenne Viljelykierto Kasvinvuorotus Kalkitus Lannoitus Maanparannusaineet Kasvinsuojelu mekaaninen torjunta-aineet MMM Muokkaus Peltoliikenne tiivistäminen hiertäminen Perus- ja paikalliskuivatus Suorat ja välilliset vaikutukset Paikkojen välillä vaihtelua: maalaji, topografia, sääolot Aika: välittömät, lyhyt- tai pitkäaikaiset vaikutukset Huono rakenne Peruskuivatus Veden imeytyminen maahan, pintavalunnan vähentäminen Viljeltävyys: kantavuus, töiden ajoitus Osa kastelujärjestelmää tietyillä maalajeilla www.helsinki.fi/yliopisto Viljelykasvin sato: määrä ja laatu Kuivatus muuttanut savimaan ominaisuuksia Veden pidättyminen maahan – eloperäisen aineksen merkitys karkeissa maissa -Kuivatus savimaan kuivuminen/kostuminen kutistuminen/paisuminen makrohuokosia, muruja biologiset prosessit lierokäytäviä, juurikanavia, mikrobitoiminta -Vaikuttanut merkittävästi viljellyn savimaan pedogeneesiin Jokioisten savimaassa (viljelty 1700-luvulta, MMM salaojitettu 1930-luvulla) rakenne muodostunut 150 cm:iin Hiekkaan lisätty humusta 1 Hiekka 2 0,7 % 3 2,1 % 4 6,0% 5 Turve Andersson (1967) Hietamailla veden kapillaarinen nousu parantaa veden saatavuutta www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Yli-Halla ym. Agricultural and Food Science (2009) Kasvien välillä eroja juuristossa – määrä, ulottuvuus, kasvurytmi kasvilajin valinta, kasvinvuorotus Aitosavi, kaura eri vuosina Juuria (kpl/cm2) 0.5 1 1.5 2 2.5 Juurten kasvun dynamiikka – ravinteiden oton ajoitus, kantavuus Hieusavi/aitosavi vuonna 1993 Juuria (kpl/cm2) 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0 0 0 -10 -20 -30 -40 1998 1999 2000 -50 Syvyys (cm) Syvyys (cm) -10 -20 -30 -40 -50 -60 Puna-apila Sinimailanen Keltamesikkä Agriculture, Ecosystems and Environment 108 (2005) 135–144 -60 Hieusavi/aitosavi vuonna 1999 Juuria (kpl/cm2) 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0 Ruokonata Syvyys (cm) -10 Nurminata Juurten kokonaislukumäärä 0-50 cm:n kerroksessa Kasvukauden aikana. Timotei ja puna-apila 1. satovuosi -20 -30 Lähde: Pietola & Alakukku 2005. Agriculture, Ecosystems and Environment 108:135–144 -40 Lähde: Pietola ym. julkaisematon aineisto -50 www.helsinki.fi/yliopisto -60 www.helsinki.fi/yliopisto Viljelykierto ja maan kuivuminen – murujen kestävyys märkäseulonnassa NTU/g grassland cultivated 120 100 80 Maan C eri kerroksissa Savimaa Aurajoki Savimaa Jokioinen 60 0 air-dried field-moist air-dried soil B field-moist soil G Soil layer (cm) Syvyys cm 20 Ploughed soils Suorakylvö Kyntö 0-5 40 0-5 0-2.5 5-20 5-20 20-35 20-35 Depth from soil surface, cm Maan kuivuminen stabiloi muruja syysmuokkaus mahdollisimman aikaisin sadonkorjuun jälkeen typen mobilisaatio? Helena Soinne 2011 HENVI seminaari 9.11.2011 0.00 0.01 0.02 organic C (g g-1hiili soil) Orgaaninen www.helsinki.fi/yliopisto Muokkaus intensiteetti ja maan rakenne 10 g NT 0.6 0.8 1.0 1.2 CT 1.4 1.6 1.8 No-till soils 0-2.5 2.5-5 0.03 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Relative C enrichment by depth (concentration at 7.5-20 cm layer = 1.0) organic C (g g-1 soil) www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Uusitalo ym. (2011) Muokkaus ja maan biologiset ominaisuudet Mikrobibiomassa (PLFA summa) 700 Suorak. Kyntö 600 8 6 Acktinobakteeri indikaattori (10-17:0+P10-19:0) 2 5-7.5 Muukkonen ym. (2007) Ploughed No-till 4 2.5-5 5-7.5 0.02 0.01 g-1 500 400 300 200 100 0 MMM 0 1.5 2.5 3.5 4.5 Organic C hiili at 0-2.5 cmcm layer, % % Orgaaninen 0-2,5 kerros Pintaan kertyvä eloperäinen aines vakauttaa mururakennetta 0.00 -2 12 0.03 Lieroyksilöitä m Kiintoaines -1 valuntavedessä TSS in runoff, g Lg/l Maan muokkaaminen hienoksi liettyminen, kuorettuminen, eroosio veden imeyntä pinnasta syvemmälle 1 (hsHHt) MMM 2 (He) 3 (htHe) 4 (HeS) Lohkopari (maalaji) Näytteet syksyllä ennen muokkausta Sienibiomassa indikaattori (18:2) Yhteensä 1 935 yksilöä: 82 % suorakylvetystä maasta Suorakylvetyssä endogeeisiä (pintamaan lajeja) 40 %, kynnetyssä 90 % Suorakylvössä ja sänkimuokkauksessa kestäviä muruja maan pintakerroksessa vähentää eroosion riskiä Lähde: Alakukku ym. (2004) www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Uusitalo ym. (2009) veden liikkuminen ja Kun muokkausta kevennetään muokkaus intensiteetti pienenee ja usein myös muokkaussyvyys eloperäisen aineksen hajoaminen hidastuu ja se kertyy maan pintakerrokseen Turbidity 140 Muokkaus ja maan rakenne murujen kestävyys Suorakylvö Kynnetty Murustettu No-till=kyntämätön Till=kynnetty Lähde: Sipilä ym. Applied and Environmental Microbiology (2012) Fosforin pitoisuus valuntavedessä (mg/l) Eroosion vähentäminen kokopellon alalla - esikoe pintakalkituksesta 5 Eroosion vähentäminen kokopellon alalla - esikoe nollakuidulla Sadesimulaatiokoe, sadetus: 5 mm/h kolme tuntia PP 4 DRP 3 -Kasvipeite - Maan rakenteen kiinteys -Kalkitus nosti maaveden kationipitoisuutta 2 1 0 N N kalkitus S S kalkitus P P kalkitus N = suorakylvö, ei muokkausta S = syyssänkimuokkaus 0-12 cm P = syyskyntö 0-20 cm Kalkitus = 5000 kg/ha piippukalkkia PP = partikkelifosforin pitoisuus DRP = liuenneen reaktiivisen fosforin pitoisuus www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: Aura ym. 2006 MTT:n selvityksiä Alakukku & Aura 2006 www.helsinki.fi/yliopisto Lähde: P. Muukkonen (2009) Tiivistymishaittojen kestoaika – tiivistymän syvyys vaikuttaa Maan tiivistymisen vaikutukset ja niiden kestoaika Kyntö, luonnon prosessit palauttavat Välitön vaikutus * ajourat (esim. nurmi) * ei perusmuokkausta ennen uutta kasvustoa Lyhytaikaisvaikutus * kyntökerros 3-5 vuotta savimaa, karkea ja eloperäinen maa vähemmän Pitkäaikaisvaikutus * perusmuokkauskerroksen alapuolella * luonnon prosessit vaikuttavat hitaasti * vaikea korjata Tärkeää välttää www.helsinki.fi/yliopisto Tiivistäminen käy nopeasti mutta toipuminen voi olla hidasta – kaksi pohjamaan tiivistymisen pitkäaikaiskenttää Ruotsissa karkean maan kenttä: tiivistetty v.1995 vilja-sokerijuurikas –kierto Pohjamaan tiivistymiskokeet perustettiin 1981 ja 1995 • Jokioisissa savimaa (Vertic Cambisol): 0–20 cm 48 % 20–40 cm 56 % 40–60 cm 66 % Salaojitettu 1 m, viljelyssä kauan Suomessa savimaan kenttä: tiivistetty v. 1981 viljelty kevätviljoja • Tiivistys (4x, urat vieriviereen): 19 MG teliakselilla Rengaspaine 700 kPa V. 2009 (Kävlinge) ja v. 2010 (MTT, Jokioinen) - Mittauskampanja kentillä (näytteet maasta) -Kasvihuonekaasut ja maan ilman laatu mitattu vähintään vuoden ajan • Ruotsissa hietamaa (Mollic Endogleyic Luvisol) 30 cm 27% 50 cm 26 % 70 cm 23 % • Tiivistetty kuusirivisellä sokerijuurikkaan nostokoneella 21 MG, 240 kPa, 3:na vuonna Verranteena molemmissa kokeissa tiivistämätön Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta•/ Henkilön nimi / Esityksen nimi 8.3.2014 26 maa www.poseidon-nordic.dk https://djfextranet.agrsci.dk/sites/poseidonwww.helsinki.fi/yliopisto nordic/offentligt/Sider/Front.aspx http://www.holmer-maschinenbau.de/uploads/pics/prod_t3_vorne_01.jpg Savimaan makrohuokoset 29 ja karkean maan 14 vuotta tiivistämisestä A0 A2 30-40 cm, savimaa Suomi -kuvasta laskettu ilmatilavuus 10 kPa:n vesipotentiaalissa (%) A0 2,6a A2 2,0b Maan tiivistymisen välttäminen CT-scan 20–40 cm, karkea maa Ruotsi Veden imu (kPa) -10 -30 -100 Tiivistämätön Tiivistetty Berisso ym. Soil & Tillage Res. (2012b) (Schjønning ym. 2013) SSSJA 30-35 cm, savi Ilmanläpäisevyys ( m2) A0 A2 0.8a 1.9a 85a 0.02b 0.07b 17b A0 = ei tiivistystä v. 1981 27 A2 = tiivistetty v. 1981 Peltotöiden ajoitus ja niiden yhteydessä tehtävät valinnat www.helsinki.fi/yliopisto Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Märkä maa tiivistyy ja tahtaantuu herkästi Tiivistymisen riski: aikaisin keväällä, myöhään syksyllä Peltoliikenne kuormittaa maata – kone/eläin-maa -systeemi Keväällä Maan kosteus (cm3/100cm3) Maan ominaisuudet (maan kyky kestää kuormitusta): - maan kosteus/märkyys - löyhyys/kiinteys -elastisuus/plastisuus 0 10 20 30 40 50 0 -5 Syvyys (cm) -10 Kuormitus: -jännityksen suuruus, suunta -koneen massa -kuormituksen kestoaika -kuormituksen toistuvuus -kuormituksen jakaantuminen pellolla -15 6.5. Aitosavi 23.5. Aitosavi 24.5. Hiesu 30.5. Hiesu -20 -25 -30 -35 -40 -45 Hiuesavi/hiesusavi Maan kosteus (g/100g) 0 10 20 30 40 0 -5 Leikkaus Jännitys = F/A Puristus Maan kestävyys puristuslujuus www.helsinki.fi/yliopisto leikkauslujuus Miten vähentää peltoliikennettä maan ollessa märkää? Syvyys (cm) -10 -15 -20 -25 -30 Syksy 1985 Syksy1986 Syksy 1987 Syksy 1988 Kevät 1988 Muokattu Trautner ja Arvidsson (2000) Esittämästä kuvasta -35 www.helsinki.fi/yliopisto -40 -45 Tiivistymisriskin pienentäminen – peltoliikenteen suunnittelu 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 www.helsinki.fi/yliopisto Ajouria (ei muokkausta) Kasvuunlähdön epätasiasuus Epätasainen pinta Tiivistyminen Urat keräävät vettä -Lohkokoko -peruslohkon keskikoko v. 2008 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 www.helsinki.fi/yliopisto Aikaikkunan tehokas hyödyntäminen Kiinteät ajourat? mm. Australiassa panostettu: tavalliset koneet, raideväli sovitettu tasajaolle esim. 3 m:n kerranteiksi Yhdistetty kevennettyyn muokkaukseen 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 www.helsinki.fi/yliopisto Automaatio – koneiden keventäminen, liikenteen suunnittelu ja optimointi, muokkauksen keventäminen www.helsinki.fi/yliopisto 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 2007 (Kuva: Århus University) Lähde: New Scientist 1 November 2012 Yksi iso <> monta pientä Fendt ’paritraktori’ Kuva: Laura Alakukku www.helsinki.fi/yliopisto 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 www.helsinki.fi/yliopisto www.helsinki.fi/yliopisto 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, 2005: Biosystems Engineering 87 Schjønning, 2008: 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/01_Home/Home.aspx Lähde: Mattias Stettlerin esitys NJF448 seminaarissa www.helsinki.fi/yliopisto Terranimo – kone-maa jännitys <> maan lujuus www.helsinki.fi/yliopisto Terranimo – kone-maa jännitys <> maan lujuus www.helsinki.fi/yliopisto 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 www.helsinki.fi/yliopisto Yhteenveto Rehevä kasvusto Muru- ja huokosrakenteen kestävyys Maan tiivistymisen ehkäisy -Ottaa tehokkaasti ravinteita ja jättää maahan eloperäistä ainesta. -Kuivattaa maata, jolloin savimaahan halkeamia. -Estää liettymistä, kuorettumista ja eroosiota. -Vähentää veden lätäköitymistä, pintavaluntaa ja maan tiivistymistä. Valuntasuhde Pintavalunta pieneksi -Huokosrakenne säilyy läpäisevänä -Vähentää muokkaustarvetta Viljelykierto Kalkitus -Kasvien kasvu -Maan biologinen toiminta, mururakenne -Maanesteen ioniväkevyys ja kationikoostumus Syväjuuriset ja monivuotiset kasvit: eloperäisen aineksen kertyminen, biologinen muokkaus, kasvipeite Muokkaus Hyvä vedenläpäisevyys -Maan pinnan painannevarasto ja muokkauskerroksen hetkellinen vedenvarastointikyky Toimiva ojitus -Tyhjentää nopeasti makrohuokoset suurenevat ainakin hetkellisesti. -Kuohkeuttaa tiivistynyttä maata. ja vähentää märkyyden haittoja. -Luovuttaessa kynnöstä maan -Kasvien kasvu ja ravinteidenotto, Biologinen toiminta maan luontaiset prosessit hyötyvät. pintakerrokseen kertyy eloperäistä ainesta, mikä parantaa murujen -Lierot huokoistavat -Tiivistymisen riski vähenee. ja murustavat maata. -Kevennetyn muokkauksen edellytys vedenkestävyyttä -Muokkauksen vähentämisen -Mikrobitoiminta parantaa edellytykset: läpäisevä rakenne, murujen kestävyyttä. toimiva ojitus, biologinen -Edellytys kevennettäessä kuohkeutus korvaa mekaanisen, muokkausta. tiivistymisen ehkäisy. Veden nopea imeytyminen, maan kyky varastoida hetkellisesti vettä ja hyvä vedenjohtavuus vähentävät lätäköitymistä ja pintavaluntaa sekä lisäävät salaojavaluntaa Tavoite Maan prosessit Perustoimenpiteetwww.helsinki.fi/yliopisto Viljelytoimenpiteet Alakukku et al. 2008, Maa- ja elintarviketalous 120 Kiitos! www.helsinki.fi/yliopisto Kuva: Ansa Palojärvi, MTT