Jos syksy on niin märkä, että kipsin levitys ei ole mahdollista, voisiko kipsin levittää talvella routaiseen maahan? Tätä tutkittiin olosuhdesäädeltävällä pintavaluntasimulaattori SIMUlla Luke Kuopion (Maaninka) toimipisteessä. Kokeessa käytettyjen pintamaalaattojen (0,34 m2) nostosta kirjoitimme viime syksynä ja nyt kerromme tuloksista. Kiireinen lukija saa tärkeimmän tiedon jo otsikosta.
Maalaattoja pintavaluntasimulaattoriin
Syksyllä Jokioisista nostettuja pintamaalaattoja säilytettiin −2 °C:ssa odottamassa koetta, joka päästiin lumen puutteen vuoksi aloittamaan vasta helmikuussa. Kokeessa verrattiin erilaisten talviolosuhteiden ja maan kaltevuuskulman vaikutusta maahiukkasten ja ravinteiden huuhtoutumiseen pintamaasta. Sänkipeitteisille maalaatoille tehtiin kuusi käsittelyä, jotka kaikki toistettiin neljästi (taulukko 1).
Pakkasvarastosta noudettujen maalaattojen päälle levitettiin runsas 130 grammaa kipsiä, vastaten yleisesti käytettyä 4000 kg/ha annosta, tarkoituksena simuloida kipsin levittämistä jäisen sänkipellon pintaan. Valuntapöydillä olevien maalaattojen kallistuskulma asetettiin joko yhteen tai kuuteen prosenttiin. Laattojen ympärille asetettiin pleksikehys, jonka varaan sadetuslaitteisto nostettiin. Jokaisen valuntapöydän yläpuolella oli säteilylämmitin, jolla lämmittävä vaikutus saatiin kohdennettua suoraan alla olevaan maalaattaan ja samalla koko kammion lämpötila nousi auringon säteilyvaikutusta simuloiden.
Lämpötilaa säädettiin kylmäkoneiston ja säteilylämmittimien avulla niin, että se laskettiin öisin −3 °C:een ja nostettiin päivällä korkeimmillaan +15 °C:een, mukaillen loppukevään tilannetta. Säteilylämmittimet olivat päällä maanantaista perjantaihin klo 8–12 ja 20 mm:n sadetus toteutettiin päivittäin lämmitysjakson jälkeen kolmessa, tunnin välein tehdyssä erässä, jotta vesi ehti välillä valua ja laatta hieman kuivua. Sadetuskäsittelyä jatkettiin 5 vuorokautta eli laatat saivat yhteensä 100 mm vettä päällensä. Tämän jälkeen kammioon säädettiin tasainen +10 °C:n lämpötila kaiken jään sulattamiseksi viikonlopun aikana. Sadetuksia ei enää viikonloppuna tehty. Kokonaisuudessaan yksi käsittelyjakso kesti viikon, maanantaista sunnuntaihin, jonka jälkeen maalaatat poistettiin kammiosta ja uudet laatat laitettiin sisään.
SIMU-kammion valuntapöydille mahtuu kerrallaan kuusi maalaattaa. Sadetuksia ja lumen sulatuksia toistoineen oli yhteensä 24 eli neljä viikon jaksoa. Poikkeuksellisten leutojen talviolosuhteiden takia luonnonlunta ei kuitenkaan ollut riittävästi saatavilla ennen helmikuuta. Kun lunta saatiin, lumilaattojen käsittely eteni samalla tavalla kuin sadetuslaattojenkin, sillä erotuksella, että laattojen ympärille asetettu pleksikehikko palveli nyt lumen pitämisessä laatan päällä (kuva 1). Lunta punnittiin kullekin laatalle 100 mm:n vesiarvoa vastaava määrä ja säteilylämmittimet sulattivat lumen 7 vuorokauden sulatusjakson aikana. Kallistuskulmat ja kipsimäärä olivat samat kuin sadetuskäsittelyssäkin. Sade- ja lumikäsittelyistä syntynyt valumavesi kerättiin ja siitä analysoitiin ravinteet, kiintoaines ja sameus, sähkönjohtavuus, pH ja pääionit. Myös kunkin laatan maa analysoitiin. SIMU-kokeen käytännön suorittamiseen voit tutustua täällä: Pintavaluntasimulaattori SIMU.
Kipsin fosforia huuhtoutui valumavesiin
Huolellisesti suunnitellun ja toteutetun kokeen tulokset olivat niin selviä, että lopputulemana voidaan yksinkertaisesti todeta: kipsin levittäminen routaiseen maahan ei ole suositeltavaa. Jäätyneelle pellolle levitetty kipsi ei pääse riittävästi reagoimaan maahiukkasten kanssa, jolloin se ei juurikaan vähennä eroosiota. Lisäksi, jos käytettävä kipsi sisältää epäpuhtautena fosforia (kokeissa käytettiin fosforihappoteollisuuden sivutuotteena syntynyttä kipsiä, joka sisältää jäämänä pienen määrän fosforia), kipsin fosfori huuhtoutuu suurelta osin pois, vieläpä biologisesti täysin käyttökelpoisessa liuenneessa muodossa. Seurauksena on, että kipsi ei vähennä vaan lisää fosforikuormitusta. Seuraavaksi kuvaamme tuloksia tarkemmin.
Kokeessa käytetty maa oli peräisin monokulttuuriviljalla olleelta hiuesavipellolta, jonka satoindeksi ja rakenne olivat huonot. Lähes kaikki lumen tai sadetuksen mukana tullut vesi huuhtoutui pintavaluntana pois. Olettaen vuosivalunnaksi 300 mm, saatiin maalaatoilta valuneen veden määrän ja kiintoainepitoisuuden perusteella arvioitua koeolosuhteita vastaava vuosittainen eroosio. Sadepisaroiden iskut ja noin neljä asteisen veden routaa sulattava vaikutus saivat aikaan huomattavasti suuremman eroosion kuin lumen sulaminen. Suuruusluokaltaan eroosio vastasi Jokioisten huuhtoumakentiltä saatuja arvoja sänkipelloilla. Lumiyksiköissä kipsi kyllä vähensi – sinänsä melko vähäisen – eroosion alle puoleen, mutta sadetetuissa yksiköissä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa kipsikäsiteltyjen ja kontrolliyksiköiden välillä.
Fosforin osalta tulokset olivat synkkiä: kipsikäsitellyiltä laatoilta huuhtoutui huomattavasti enemmän fosforia kuin kipsittömiltä laatoilta. Kun kipsittömiltä kontrollilaatoilta huuhtoutui laskennallisesti noin kilo fosforia hehtaarilta vuodessa, luku joka vastaa muissa tutkimuksissa saatua savipeltojen ominaiskuormitusta, kipsikäsitellyiltä laatoilta huuhtoutui jopa lähes 8 kg/ha/v. Valtaosa fosforista oli ns. liuennutta reaktiivista fosforia, mikä on vesien leville täysin käyttökelpoista ja siten erityisen ärhäkkää rehevöittämään. Kokeessa käytetty Yaran kipsi sisälsi 0,28 % fosforia ja tästä määrästä huuhtoutui kokeessa 7–31 % (taulukko 2). Kipsin sulfaatista huuhtoutui vieläkin suurempi osa (enimmillään 40 %), mikä kertoo, että osa kipsin fosforista sitoutui maa-ainekseen. Kipsin kalsiumista huuhtoutui enimmillään 17 %. Osa kalsiumista on pidättynyt maan kationinvaihtopaikoille, mikä näkyi esimerkiksi magnesiumin ja kaliumin huuhtoutumisen kasvuna.
Johtopäätelmät
Lumilevityskokeen kustannukset ylittivät alkuperäisen budjetin, mutta lopputulos osoittaa kokeen varsin kustannustehokkaaksi ajatellen haittoja, joita mahdollinen kipsin talvilevittäminen aiheuttaisi. Koe osoitti, että routaiseen maahan levitetty kipsi voi jopa lisätä rehevöittävän fosforin huuhtoutumista, jos kipsi sisältää epäpuhtautena fosforia. Fosforittomia kipsilaatuja käytettäessä riskiä fosforihuuhtoutumista ei ole, mutta tällöinkin haluttu vaikutus voi jäädä vähäiseksi, jos kipsi ei pääse kontaktiin pintamaan kanssa. Tämän vuoksi kipsiä ei tule talvella maahan levittää.
Erikoistutkijat Petri Ekholm (Suomen ympäristökeskus, SYKE) ja Kirsi Järvenranta (Luonnonvarakeskus Kuopio)
Lopputulos oli odotettu, mutta hienoa, että se tuli näin hyvin kokeessa myös osoitettua.
Kiitos kommentista! Mahdollisuudesta kipsin talvilevitykseen tuli jonkin verran kyselyjä, myös SAVE-hankkeen viljelijöiltä. Siksi asiaa päätettiin tutkia. Laajempi aikaikkuna levitykselle olisi helpottanut viljelijöiden aikataulupaineita ja kipsin kuljetuksen järjestämistä. Tulos oli kuitenkin selvä ja siksi talvilevitystä ei voida suositella.