Maanparannuskokeessa tutkittiin typen huuhtoutumista

Perustimme Qvidjan tilalle Paraisille vuoden 2016 syksyllä maanparannuskokeen, jossa viljelykiertoon yhdistetään pellon käsittelyä erilaisilla orgaanisilla maanparannusaineilla. Tavoitteena on havainnollistaa ja tutkia, kuinka Saaristomeren valuma-alueelle tyypillistä savimaata olisi mahdollista parantaa nopeasti sekä viljelijää että ympäristöä hyödyttäen.

Orgaanisen aineksen lisäämisellä, yhdistettynä hyvään viljelykiertoon, tavoitellaan pellon kasvukunnon ja viljelyvarmuuden parantamista. Samat menetelmät voivat vähentää ravinteiden huuhtoutumista ja kasvattaa pellon hiilivarastoa. Saaristomeren ja koko Itämeren tilan parantaminen, ilmastonmuutoksen torjuminen sekä viljelyn kannattavuuden parantaminen ovat kokeen yhtäläisiä tavoitteita. 

Apulaisprofessori Kristiina Karhu ja tohtorikoulutettava Subin Kalu Helsingin yliopistosta tutkivat kasvukauden 2017 ja talven 2017-2018 aikana, kuinka kokeen eri maanparannuskäsittelyt vaikuttavat typen huuhtoutumiseen peltomaassa. Tutkimus on nyt julkaistu Agriculture, Ecosystems & Environment -julkaisusarjassa.

Typen huuhtoutuminen maatalousmaista pinta- ja pohjavesiin on maailmanlaajuisesti merkittävä ympäristöongelma. Myös Itämeren alueella typpikuormitus on fosforin ohella rehevöitymisen ja ekosysteemien tilan huonontumisen keskeinen syy. Typen kertyminen ympäristöön lisää myös kasvihuonekaasupäästöjä dityppioksidin muodossa. Ilmaston muuttuessa talvet lämpenevät ja talviaikainen sadanta lisääntyy, mistä seuraa myös typen huuhtoutumisen lisääntymistä, jollei löydetä ja oteta käyttöön uusia ratkaisuja viljelyyn muuttuvissa olosuhteissa. 

Orgaanisen aineksen lisäämisellä, yhdistettynä hyvään viljelykiertoon, tavoitellaan pellon kasvukunnon ja viljelyvarmuuden parantamista. Samat menetelmät voivat vähentää ravinteiden huuhtoutumista ja kasvattaa pellon hiilivarastoa.

Typen huuhtoutumista mitattiin muokkauskerroksen alle sijoitetuilla hartsipusseilla, jotka keräävät muokkauskerroksesta huuhtoutuvaa mineraalityppeä. Hartsipussit vaihdettiin säännöllisin väliajoin ja uutettiin 1 M natriumkloridilla (NaCl) ammonium- ja nitraattitypen määrän mittaamiseksi.

Mittaukset tehtiin kuusi- ja pajubiohiilellä sekä Ravinnekuidulla käsitellyillä ruuduilla. Kaikki ruudut saivat 80 kg/ha mineraalityppilannoitusta, kokeessa viljeltiin kevätvehnää eikä merkitseviä satoeroja havaittu. Vertailukohtana typen huuhtoutumismittauksessa olivat ruudut, joita ei käsitelty millään maanparannusaineella, sekä lannoittamattomat ruudut. 

Mitä on kyse?

• Soilfood perusti syksyllä 2016 maanparannuskokeen Qvidjan tilalle Paraisille. 
• Kokeen tarkoitus on havainnollistaa ja tutkia savimaan parantamista sekä viljelijää että ympäristöä hyödyttäen. 
• Kasvukaudella 2017 ja talvella 2017-2018 tutkittiin orgaanisten maanparannusaineiden vaikutuksia typen huuhtoutumiseen muokkauskerroksesta.
• Erityisesti kuusibiohiilen havaittiin pidättävän nitraattityppeä.
• Sopivan tyyppinen biohiili voisi estää lannoitetypen huuhtoutumista pitäen arvokkaan ravinteen pellossa kasvien saatavilla.
• Tutkimus on nyt julkaistu Agriculture, Ecosystems & Environment -julkaisusarjassa.

Kuusibiohiilikäsittely erottui nitraattitypen huuhtoutumismittauksissa muista käsittelyistä. Kasvukauden 2017 aikana kuusibiohiili vähensi nitraattitypen huuhtoutumista 68 % verrattuna lannoitettuun verrokkiin. Tulokset olivat talvikaudella samansuuntaisia, mutta erot käsittelyjen välillä eivät olleet yhtä selkeitä suuren vaihtelun vuoksi.

Nitraattitypen huuhtoutumisen väheneminen voi johtua veden ja nitraatin fyysisestä pidättymisestä biohiilen huokosiin. Kuusibiohiilellä (328 m²/g) oli paljon suurempi ominaispinta-ala kuin pajubiohiilellä (1,3 m²/g). Tämä tarkoittaa, että kuusibiohiilessä oli enemmän pieniä huokosia. Tällaiset pienet huokoset voivat pidättää niihin imeytyvän veden ja nitraatin. Tätä tukivat myös maan kohonneet nitraattipitoisuudet kuusibiohiilikäsittelyissä.

Pajubiohiili ja Ravinnekuitu eivät näissä mittauksissa vähentäneet merkittävästi mineraalitypen  huuhtoutumista. Ravinnekuidun on muissa tutkimuksissa todettu vähentävän nitraattitypen huuhtoutumista etenkin syyslevitystä seuraavana syksynä ja talvena (tässä kokeessa sitä ei mitattu), ja myös tätä ominaisuutta tullaan tutkimaan edelleen. 

Tulosten perusteella voidaan päätellä, että käyttämällä sopivan tyyppistä biohiiltä kohtuullisella levitysmäärällä (noin 20 t/ha) on mahdollista vähentää nitraatin huuhtoutumista peltomaasta suomalaisissa olosuhteissa. Biohiilen nitraatinpidätyskyvyn yksityiskohtaiset mekanismit edellyttävät lisätutkimuksia. Tarvitaan eri raaka-aineista, eri pyrolyysitekniikoilla tuotettujen biohiilien huokosrakenneominaisuuksien tutkimusta ja näiden ominaisuuksien yhdistämistä huuhtoumamittauksiin, jotta voidaan kehittää biohiiliä, jotka pidättävät nitraattityppeä pitäen sen kuitenkin kasvien saatavilla. 

Kristiina Karhu, Subin Kalu, Aino Seppänen, Barbara Kitzler & Eetu Virtanen. (2021) Potential of biochar soil amendments to reduce N leaching in boreal field conditions estimated using the resin bag method. Agriculture, Ecosystems & Environment, Volume 316, 107452. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107452

Tutkimustyötä tuettiin Helsingin yliopiston kolmivuotisella tutkimusmäärärahalla ja Helsinki Institute of Life Sciencen (HiLIFE) rahoituksella.  Maanparannuskoetta on tuettu maaseutuohjelman vesiensuojelun ja ravinteiden kierrätyksen erillisrahoituksesta (Varsinais-Suomen ELY-keskus). 

Päästösäästö-hanke 2016-2017, jonka totetuttajia olivat Soilfoodin lisäksi Vapo Clean Waters, Biokasvu ja Luonnonvarakeskus. 

KASKI-hanke 2018-2021, jossa Soilfoodin yhteistyötahona on Ilmatieteen laitos. 

Lisätietoja: 

Kristiina Karhu
kristiina.karhu@helsinki.fi 

Eetu Virtanen 
Tutkimuspäällikkö
Soilfood Oy
eetu.virtanen@soilfood.fi 
040 834 3699