Kipsin vaikutukset pintamaahan ja kasvustoon lyhytaikaisia

 

Petri Ekholm
Erikoistutkija
SYKE
+358 2952 51102
petri.ekholm (a) syke.fi

Kipsin levitys savipelloille vaikuttaa pintamaan ja kasvuston ravinne- ja hivenainepitoisuuksiin melko vähän. Jos maassa on kaliumin tai magnesiumin puutetta, on näiden ravinnekationien riittävyyteen kuitenkin hyvä kiinnittää huomiota kipsiä käytettäessä.

Vaikutukset maahan

Kipsi liukenee maassa kalsium- ja sulfaatti-ioneiksi. Tämä näkyy viljavuusanalyysin johtoluvussa. Ennen syksyllä 2016 toteutettua kipsinlevitystä, tutkittujen kipsilohkojen johtoluku oli keskimäärin 0,9, mutta seuraavana keväänä 3,4. Johtoluvun nousu oli kuitenkin lyhytaikainen: vaikka se oli vielä toukokuussa 2018 keskimäärin korkeampi kuin ennen kipsiä, ero ennen kipsiä -tilanteeseen ei enää ollut tilastollisesti merkitsevä.

Johtoluku kuvaa maanesteen sähkönjohtavuutta, jota kalsium ja sulfaatti kahdenarvoisina ioneina voimakkaasti nostavat. Johtoluvun nousu kipsikäsittelyn jälkeen oli siis odotettavissa – ja kipsivaikutuksen puolesta toivottavaa. Sen sijaan odotettavissa ei ollut, että johtoluku vaihteli lohkojen ja rinnakkaisnäytteiden välillä, myös kipsittömillä vertailulohkoilla. Eräällä kipsikäsitellyllä hiuesavilohkolla johtoluku ei noussut lainkaan, kun taas toisella vastaavanlaisella lohkolla johtoluku oli peräti 7 ensimmäisen kipsikäsittelyn jälkeisen talven jälkeen. Vaihtelu kertoo siitä, että kipsi ei ole levinnyt tasaisesti ja sekoittunut maahan. Ihan kaikki kipsi ei tosin liukene heti. Kipsiä on ollut jonkin verran havaittavissa pelloilla vielä levityksen jälkeisen talven jäljiltäkin, kuten suurin osa SAVEn pilottiviljelijöistä havaitsi.

Kipsissä peltohehtaarille tuli yli 600 kiloa rikkiä, kun lannoitteena rikkiä annetaan suurimmillaan muutamia kymmeniä kiloja. Maan rikkipitoisuus nousikin tilastollisesti merkitsevästi ensimmäisenä ja toisena kipsin jälkeisenä vuotena. Samoin kuin johtoluvussa myös rikissä oli kuitenkin suurta vaihtelua lohkojen ja rinnakkaisnäytteiden välillä. Kalsiumissa, jota kipsin mukana tuli maahan 800 kiloa hehtaarille, ei havaittu merkitseviä muutoksia, ehkä siksi, että kalsiumia on maassa luonnostaan runsaasti. Myös aiemmissa tutkimuksissa on havaittu johtoluvun ja rikin kasvu vuoden–kahden ajaksi, ja suuri vaihtelu näytteiden välillä.

Kalsium voi parantaa hienojakoisen maan, kuten saven rakennetta muodostamalla maahiukkasten välisiä mikromuruja. Kalsium voi parantaa maan rakennetta myös silloin, kun maassa on liikaa magnesiumia. Vaikutus perustuu kationinvaihtoreaktioihin, joissa kalsium “huuhtoo” hiukkasten pinnalta muita kationeja. Samalla tavoin karkeilla mailla kipsi voi lisätä magnesiumin ja kaliumin puutetta. Magnesiumissa ja kaliumissa ei kuitenkaan havaittu Savijoen peltojen pintamaassa muutoksia, lukuun ottamatta kaliumpitoisuuden nousua kipsilohkoilla ensimmäisenä ja toisena vuonna kipsin levityksen jälkeen. Savimailla, joihin kipsiä ensisijaisesti suositellaan, on yleensä runsaasti niin kaliumia kuin magnesiumia.

Kipsissä maahan levitettiin noin 8 kg/ha fosforia, mikä kannattaa ottaa huomioon lannoitettaessa. Viljavuusfosforissa ei havaittu tilastollisesti merkitsevää muutosta. Maan pH-arvo laski kipsilohkoilla yhden-kaksi kymmenystä kahtena ensimmäisenä kipsin jälkeisenä vuotena. Maan rakenteen muutoksia ei tutkittu.

Kolmelta kipsilohkolta ja kahdelta käsittelemättömältä lohkolta otettiin maanäytteitä pintakerroksen lisäksi (0–20 cm) myös kerroksista 20–40 cm ja 40–60 cm. Tulokset osoittivat, että rikki kulkeutuu maassa nopeasti alaspäin, sillä se sitoutuu heikosta maahiukkasiin, mutta kalsiumin, magnesiumin ja kaliumin kulkeutumista maassa alaspäin ei selvästi havaittu.

 

Vaikutukset kasvustoon

Kipsiä voidaan pitää rikki- ja kalsiumlannoitteena, tosin lannoitekäytössä levitysmäärät ovat pienempiä kuin vesiensuojelukäytössä. Kipsin ei ole aiempien tutkimusten – eikä myöskään Savijoen viljelijöiden mukaan – havaittu vaikuttavan epäedullisesti sadon määrään tai laatuun. SAVE-hanke ei suoraan arvioinut sadon määrää, mutta kasvustonäytteitä otettiin kemialliseen analyysiin samoilta paikoilta kuin maanäytteitäkin. Kasvien rikkipitoisuus kasvoi kaksinkertaiseksi kahtena ensimmäisenä kipsin jälkeisenä vuonna, mutta neljäntenä vuonna eroa ei enää havaittu. Muut muutokset olivat vähäisiä. Kasvien keskimääräiset rautapitoisuudet olivat kipsilohkoilla vuosina 2017 ja 2020 alentuneita samoin kuin fosforipitoisuudet vuonna 2020. Yleisesti huomionarvoista on se, että monella lohkolla – kipsikäsitellyllä tai -käsittelemättömällä – seleenin pitoisuus oli alle analyysin alarajan. Seleenilannoitukseen kannattaakin alueella kiinnittää erityistä huomiota.

Tietolaatikko: SAVE-hanke otti vuosina 2016, 2017, 2018 ja 2020 maa- ja kasvinäytteitä 29 havaintopaikalta, joista 11 oli kipsikäsiteltyjä ja 18 vertailulohkoja. Kultakin GPS-määritellyltä paikalta otettiin kaksi kokoomanäytettä. Maanäytteistä (0–20 cm) määritettiin viljavuusanalyysi hehkutushäviöllä täydennettynä. Kesä-heinäkuussa otetuista kasvinäytteistä määritettiin rikki, fosfori, typpi, kalsium, magnesium, kalium, natrium, boori, kupari, mangaani, rauta, sinkki ja seleeni. Näytteet otti ProAgrian asiantuntijat ja ne määritettiin Eurofins Viljavuuspalvelussa ja Lukessa.

Laajamittaisen peltojen kipsikäsittelyn vaikutus fosforihuuhtoumiin ja jokien sulfaattipitoisuuksiin

Kipsi vähentää fosforin huuhtoutumista pelloilta vesiin. Kipsin peltolevitys kuitenkin lisää lähivesistöjen sulfaattipitoisuutta, koska kipsin liuetessa siitä vapautuu sulfaattia. Tämä rajoittaa kipsin käyttöä esimerkiksi järvien valuma-alueilla, koska kohonnut sulfaattipitoisuus saattaisi lisätä järvien rehevöitymistä. Merissä sulfaattia on luonnostaan runsaasti, joten kipsin käyttöä suositellaan valuma-alueilla, joilta vesi kulkeutuu suoraan tai jokia pitkin mereen.

Korkeat sulfaattipitoisuudet haittaavat jokien vesieliöstöä. Siksi viime vuosien hankkeissa peltojen kipsikäsittelystä aiheutuvan sulfaattipitoisuuden nousun mahdollisia vaikutuksia jokieliöstöön on seurattu ja tutkittu. Tulosten mukaan kipsinlevitys ei ole nostanut sulfaattipitoisuutta niin korkeaksi, että se olisi vaikuttanut haitallisesti Savijoen tai Vantaanjoen jokieliöstöön. Pitkäaikaisesta sulfaattialtistuksesta ei ole tutkimuksia.

Saaristomeren valuma-alueen pellot ovat yksi Itämeren suojelukomissio HELCOMin listaamista merkittävistä kuormituslähteistä (ns. Hot Spot -kohde). Nyt alueella käynnissä olevan KIPSI-hankkeen tavoitteena on levittää kipsiä yhteensä noin 50 000–85 000 peltohehtaarille ja siten vähentää alueelta kulkeutuvaa fosforikuormaa merkittävästi. Kipsinlevitykseen alueella on hiljattain myös osoitettu lisärahoitusta Suomen kestävän kasvun ohjelmassa.

Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) tutkijat Marie Korppoo ja Markus Huttunen kertovat tuloksia mallinnuksista, joilla on simuloitu laajamittaisen kipsinlevityksen vaikutuksia peltojen fosforihuuhtoumiin ja vesistöjen sulfaattipitoisuuksiin Saaristomeren valuma-alueella.

Alkuperäinen englanninkielinen teksti viitteineen on luettavissa sivun alaosassa. Tässä seuraavaksi suomenkielinen tiivistelmä tuloksista:

Fosforihuuhtoumavähennys kipsinlevityksen jälkeen

Mallinnuksen mukaan kipsi vähentäisi maatalouden kokonaisfosforihuuhtoumaa vuosittain keskimäärin 46 kg/km2, jos kaikki potentiaalisesti soveltuvat pellot Saaristomeren valuma-alueella käsiteltäisiin (Kuva 1, Figure 1). Oletuksena simulaatiossa käytettiin SAVEa edeltävän Trap-hankkeen tulosten mukaisia huuhtoumavähennyksiä: 50 % hiukkasmaisen fosforin ja 25 % liuenneen fosforin suhteen.

Kuva 1: Vähennys kokonaisfosforin huuhtoumassa (kg/km2) kipsinlevityksen jälkeen verrattuna nykyiseen pelloilta tulevaan huuhtoumaan. (Kuva: Marie Korppoo, SYKE)

Mallinnuksessa otetaan, huomioon ilmastonmuutoksen aiheuttamat lisähaasteet maatalouden vesiensuojelussa: nykytilanteen mukainen skenaario (BAU, business as usual) osoittaa, että fosforihuuhtoutumat uhkaavat kasvaa yhteensä 630 tonniin vuodessa vuosina 2020–2049 (Kuva 2, Figure 2).

Kipsikäsittelyn vaikutusaika fosforihuuhtouman vähentämisessä on ajallisesti rajallinen. Säännöllinen viiden vuoden välein toistettava kipsikäsittely saattaisi laskea vuosittaista kokonaisfosforihuuhtoumaa 450 tonniin vuodessa vuosina 2020–2049. Huuhtouma vähenisi edelleen 400 tonniin vuodessa, jos samanaikaisesti käytössä olisi myös muita maatalouden vesiensuojelukeinoja, kuten tarkennettu lannoitus, talviaikainen kasvipeitteisyys, kerääjäkasvit ja lannan injektointi maahan. Muiden pitkäkestoisempien keinojen käyttö kipsin rinnalla olisi suositeltavaa myös siksi, että yhden kipsikäsittelyn vaikutus on väliaikainen.

Kuva 2: Fosforipäästölähteiden vuosittaiset osuudet vuosina 2012–2019 sekä mallinnuksen tulokset eri skenaarioista vuosina 2020–2049: BAU (business as usual) eli nykyiset vesiensuojelutoimet, kipsikäsittelyn vaikutus maatalouden päästöihin  sekä neljännessa pylväässä kipsikäsittely ja muut lisäsuojelutoimet maataloudessa. (Kuva: Marie Korppoo, SYKE)

Sulfaattipitoisuudet jokivesissä

Vuosina 2020–2025 tullaan levittämään arviolta 200 000 tonnia (4 tonnia/ha) kipsiä Saaristomeren valuma-alueen pelloille. Jos koko määrä levitettäisiin yhden vuoden aikana, sulfaattipitoisuudet miltei kaikissa joissa nousisivat yli 50 mg/litra (ylempi kuva 3). Jos levitys jakaantuisi tasaisesti viidelle vuodelle, pitoisuudet pysyisivät pääosin alle 50 mg/litra (alempi kuva 3). Tietyt alueet ovat herkempiä kipsin aiheuttamalle sulfaattipitoisuuden nousulle, erityisesti happamat sulfaattimaat Hirvijoen(29), Mynäjoen(30) ja Laajoen(31) valuma-alueilla sekä Uskelanjoen (25), Halikonjoen(26) and Paimionjoen (27) yläjuoksujen valuma-alueilla.  Näillä aluilla tulisi seurata jokiveden sulfaattipitoisuuksia ja tutkia mahdollisia vaikutuksia taimenen kutuun.

Kuva 3: Mallinnuksen tulokset sulfaattipitoisuuksien noususta (mg/L) oletuksella, että kaikki alueen pellot kipsikäsiteltäisiin samana vuonna (ylempi kuva) ja  tulokset oletuksella, että kipsinlevitys jakaantuisi tasaisesti viidelle vuodelle (alempi kuva). Tulokset kertovat keskimääräisen vuosittaisen maksimipitoisuuden kymmenen vuoden periodilla kipsikäsittelyn jälkeen. Kartassa olevat luvut viittaavat jokien valuma-alueisiin; (Kiskonjoki-24, Uskelanjoki-25, Halikonjoki-26, Paimionjoki-27, Aurajoki-28, Hirvijoki-29, Mynäjoki-30, Laajoki-31 ja rannikkoalueet-82). (Kuvat: Marie Korppoo, SYKE)

 

Alkuperäinen englanninkielinen teksti kuvineen:

Effect of large-scale gypsum amendment on the phosphorus losses and riverine sulfate concentrations in the Archipelago Sea catchment

Marie Korppoo and Markus Huttunen, Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Gypsum amendment of agricultural fields decreases phosphorus (P) losses. The application of gypsum will lead to a reduction of annual total phosphorus losses on average by 46 kg/km2, over the agricultural areas of the Archipelago Sea catchment. This reduction in agricultural loading would lead to a total phosphorus loading of 455 t/y P (Figure 2) from the Archipelago Sea to the Baltic Sea, almost reaching the total TP loading target for the Archipelago Sea of 450 t/y P (Suomen meriympäristön tila 2018). However, sulfate released due to gypsum dissolution could pose a problem for the freshwater ecosystem. If all eligible agricultural fields are amended with gypsum in the same year, it would cause an increase of sulfate concentrations in the freshwater ecosystem that could harm fish and mussel populations. The harmful sulfate concentrations for various populations is still unclear. Therefore, sulfate concentrations in the river were grouped under 4 classes (0-25mg/L; 25-50mg/L; 50-100mg/L and above 100 mg/L) for visual presentation of the water quality (Figure 4a &4b).  The maximum sulfate concentrations after gypsum application would be above 50 mg/L in most rivers/streams in the Archipelago Sea catchment. To investigate the benefits and restrictions of the gypsum application we used the nutrient loading model VEMALA (Huttunen et al., 2016) by simulating total phosphorus and sulfate concentrations and loads in the river network of the Archipelago Sea catchment (11250km2).

Total Phosphorus loading reduction after gypsum amendment

To simulate the effect of gypsum treatment, we assume a reduction of the losses by 50% for particulate P and 25% for dissolved P from agricultural fields to the rivers. These reduction percentages are based on an earlier catchment-scale pilot (the TraP project). The treatment is assumed to be repeated so that the reduction level will be maintained. On average, the reduction in annual total phosphorus loss is 46 kg/km2 over the agricultural areas in the catchment of the Archipelago Sea (Figure 1).

Figure 1: Total phosphorus loading reduction (kg/km2) after gypsum amendment compared to current loading from agricultural fields. (Marie Korppoo, SYKE)

Regular application of gypsum treatment could reduce TP (total phosphorus) loads to the target loading level in 2020–2049 (450 t/y P, Suomen meriympäristön tila 2018, Figure 2). However, the application of other agricultural mitigation measures, such as advanced fertilization, maximum acreage of winter vegetation cover, catch crops and manure injection beside the gypsum treatment would further decrease TP loading (400 t/y P). The gypsum treatment will provide rapid results but will only last for a maximum of 5 years, thus regular re-treatments will be required. In other words, other methods to reduce the loading more permanently should also be applied concurrently. This is especially true as the continuation of current practices (BAU) in agriculture will increase TP loading from the Archipelago Sea catchment from 520 t/y P to 630 t/y P over the period 2020–2049 due to change in climate (Figure 2).

Figure 2: Source apportionment of the annual TP loading to the Archipelago Sea in 2012-2019 and 2020-2049 assuming present measures (BAU), gypsum treatment and gypsum treatment/amendment together with other agricultural mitigation measures in the climate change scenario MOHC-HadGEM2-ES RCP 4.5. 1) BAU: agriculture will continue as is and other sources of pressure will remain at the current level. 2) gypsum treatment: gypsum amendment is carried out in all eligible fields. 3) agricultural measures: in addition to gypsum treatment, advanced fertilisation, maximum amount of winter vegetation cover, catch crops and manure injection will be introduced. (Marie Korppoo, SYKE)

Sulfate concentrations in the river network

In 2020–2025, some 200 000 tons of gypsum will be spread on agricultural fields (4 t/ha) to reduce phosphorus losses in southwestern Finland (KIPSI project run by the ELY Centre of Varsinais-Suomi). If all the eligible fields were amended with gypsum in the same year, the maximum annual sulfate concentrations would exceed 50 mg/L over most of the river network (Figure 3a). However, if the application is partitioned over 5 years, the sulfate concentration will mostly be below 50 mg/L (Figure 3b). Certain areas show more vulnerability to gypsum treatment, especially the acid sulfate soil areas in Hirvijoki (29), Mynäjoki (30) and Laajoki (31) and upstream catchments of Uskelanjoki (25), Halikonjoki (26) and Paimionjoki (27). These areas should be analysed regarding trout spawning and sulfate toxicity limits to better understand the sulfate sensitive areas within the Archipelago Sea catchment area.

Figure 3 : 10-year average maximum annual sulfate concentration (mg/L) per stretch of river simulated by VEMALA following gypsum treatment, if all eligible fields are amended the same year (a) and if all eligible fields are treated over a period of 5 years (b). The numbers refer to the river basin numbers (Kiskonjoki-24, Uskelanjoki-25, Halikonjoki-26, Paimionjoki-27, Aurajoki-28, Hirvijoki-29, Mynäjoki-30, Laajoki-31 and coastal areas-82). (Marie Korppoo, SYKE)

 

Reference:

Huttunen, I., Huttunen, M., Piirainen, V., Korppoo, M., Lepistö, A., Räike, A., Tattari, S., Vehviläinen, B., 2016. A national scale nutrient loading model for Finnish watersheds – VEMALA. Environ. Modell. Assess. 21 (1), 83–109. http://dx.doi.org/10.1007/s10666-015-9470-6

Suomen meriympäristön tila 2018. Samuli Korpinen, Maria Laamanen, Janne Suomela, Pekka Paavilainen, Titta Lahtinen ja Jan Ekebom (toim.). Syken Julkaisuja 4. http://hdl.handle.net/10138/274086

  • https://www.syke.fi/en-US/Research__Development/Water/Models_and_tools/Models_for_river_basin_management_planning/A_water_quality_and_nutrient_load_model_system_for_Finnish_watersheds_VEMALA
  • ymparisto.fi/kipsinlevitys

Arvio peltojen kipsikäsittelyn vaikutuksesta Paimionjoen patoaltaiden sulfaattipitoisuuteen on ilmestynyt

Varsinais-Suomessa toteutettava KIPSI-hanke, jonka tavoitteena on toteuttaa laajamittainen peltojen kipsikäsittely Saaristomeren valuma-alueella, tilasi Suomen ympäristökeskukselta (SYKE) selvityksen Paimionjoen patoaltaiden odotettavissa olevista sulfaattipitoisuuksista ja kohonneen sulfaattipitoisuuden vaikutuksesta patoaltaiden tilaan. Nyt aiheesta on ilmestynyt SYKEn erikoistutkija Petri Ekholmin selvitys.

Selvityksen yhteenveto ja suositukset ovat seuraavat:

Sulfaattipitoisuudet Juntolan ja Askalan patoaltaissa jäivät maltillisiksi kipsin levityksen jälkeisen voimakkaan nousun jälkeen. Koska patoaltaat ovat matalia, veden voimakas kerrostuminen on niissä epätodennäköistä. Tämän perusteella vaikuttaa epätodennäköiseltä, että kipsikäsittely alueella lisäisi fosforin vapautumista patoaltaiden pohjalla.

Täysin ei kuitenkaan voida poissulkea sitä mahdollisuutta, että kesällä veden viipymän ollessa pitkä ja lämpötilan korkea, pohja-aineksesta vapautuisi fosforia yläpuoliseen veteen. Tämän vuoksi asiaa olisi hyvä selvittää jatkossa esimerkiksi laboratoriossa tehtävällä inkubointikokeella, jossa tutkittaisiin sedimentin mineralisaatioprosessien herkkyyttä sulfaatille sekä seuraamalla vedenlaatua kesäisin kuivaan aikaan.

Selvityksessä aiheesta, tutkimuksesta ja sen taustasta tarkemmin täällä.

Kuva 1. Paimionjoen ja sen patoaltaiden valuma-alueet (Juha Riihimäki, SYKE).

Talvilevityskokeiden tulos: Ei kipsiä routaiseen maahan

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).

Taulukko 1. Routaisille maalaatoille pintavaluntasimulaattorilla tehdyt käsittelyt. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

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.

Kuva 1. Lumipeitteen sulatus käynnissä SIMUssa. (Kuva: Jenni Laakso)

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.

Kuva 2. Arvio vuosittaisesta eroosiosta eri käsittelyissä (keskiarvo ja keskihajonta). Oletuksena 300 mm:n vuosivalunta. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

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.

Kuva 3. Arvio vuosittaisesta fosforin huuhtoutumisesta. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

 

Taulukko 2. Kipsin fosforin, sulfaatin ja kalsiumin huuhtoutuminen maalaatoilta (%). Keskiarvo ja vaihteluväli. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

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)

Kipsin talvilevityksen vaikutusta savimaan ravinnekuormitukseen tutkitaan

Yksi SAVE2-hankkeen tavoitteista on selvittää mahdollisuutta kipsin talvilevitykseen. Talvilevityksestä ovat kyselleet myös SAVE-hankkeen pilottiviljelijät. Mahdollisuus levittää kipsi talvella lumelle tai routaiseen maahan helpottaisi viljelijöiden aikataulupaineita vaikeiden syyssäiden oloissa. Myös kipsin kuljetuksen järjestäminen helpottuisi, jos aikatauluikkuna olisi laajempi. 

Erikoistutkija Kirsi Järvenranta ja tutkimusmestari Jenni Laakso Luonnonvarakeskuksesta kertovat tammikuussa aloitettavista laboratoriokokeista, joissa selvitetään, olisiko kipsin talvilevitys mielekäs tapa vähentää maatalouden fosforikuormaa. Huuhtoutuuko routaiselle pellolle levitetty kipsi suuressa määrin ennen liukenemistaan maahan tilanteessa, jossa (1) kipsiä on levitetty lumelle ja lumi sulaa tai jossa (2) kipsin levitystä seuraa voimakas sade? 

Kipsin hyötyjä savimaan ravinnekuormituksen vähentämisessä tutkitaan pintavaluntasimulaattori SIMUn avulla Luonnonvarakeskus Kuopiossa. Menetelmä yhdistää autenttisia pelto-olosuhteita ja säädeltyjä laboratorio-olosuhteita ja sillä voidaan nimensä mukaisesti simuloida pintavalunnan muodostumista erilaisissa sääolosuhteissa.

SAVE2-hankkeessa tutkittavat savimaan laatat nostettiin Jokioisilla lokakuun 23. päivä kolmen hengen voimin. Reissulle lähtiessä pohdittiin kuivan savipellon mahdollista kastelutarvetta laatannostoa varten, koska kuiva savi murenee ja lohkeilee helposti. Tilanne oli kuitenkin täysin päinvastainen ja vastassa oli varsin kostea peltolohko. Märkä savipelto aiheutti haasteita nostoon, sillä pellon pinta oli liettynyttä noin viiden sentin syvyyteen asti – onneksi ei syvemmälle, niin saimme laatan pohjalle kiinteämpää maa-ainesta!

Tutkimusmestarit Johanna Kanninen ja Arto Pehkonen nostamassa savimaalaattoja märältä, puidulta pellolta Jokioisissa lokakuussa 2019. (Kuvat: Jenni Laakso, Luonnonvarakeskus Kuopio)

Laattojen nostossa maalaatta – 30 cm leveä, 90 cm pitkä ja noin 6 cm syvä kaistale – höylätään irti traktorivetoisella leikkurilla. Leikkuriin on kiinnitetty vahva pleksi, joka liukuu leikkurin takana maalaatan alle. Kun pleksi on kokonaan maalaatan alla, laatta leikataan sopivaan mittaan ja nostetaan pleksin avulla muovitetun vaneripohjan päälle.

Märältä, puiduilta viljapellolta laatat täytyi nostaa todella varovasti, sillä laatan koostumus oli pehmeä eikä laatoilla ollut viljansängen lisäksi maata koossapitävää kasvillisuutta. Valmiit maalaatat kuljetettiin Luke Jokioisten toimipaikan pihaan ja paketoitiin loppuun aurinkoisessa syyssäässä.

Paketoitaessa maalaatta saa ympärilleen noin 15 cm korkuiset seinät, jotka puristetaan tiiviisti laatan ympärille. Laatan toisen kapean pään seinä on matala, jotta pintavalunta pääsee virtaamaan laatan päältä. Lisäksi laatan pohjaan tehdään reikiä, joiden kautta läpisuotautuva vesi kerätään.

Pakatut savimaalaatat kuljetettiin Maaningalle, jossa ne varastoitiin pakastekonttiin -2 asteeseen odottamaan koejakson alkua. (Kuvat: Jenni Laakso, Luonnonvarakeskus Kuopio)

Laatat kuljetettiin Maaningalle tiukasti pakattuina pakettiautolla ja peräkärryllä – painoa tuli pelkästään laatoista noin 1500 kiloa! Perillä laatat varastoitiin -2 asteeseen pakastekonttiin odottamaan koejakson alkua.

Koejaksolla laatat viedään SIMUun, missä osa niistä peitetään lumella, jonka päälle levitetään 4000 kg/ha vastaava määrä kipsiä. Lumi sulatetaan säteilylämmittimillä niin, että lämpötila seuraa normaalia keväistä päivärytmiä, päivällä lämmintä ja yöllä pakkasta. Osalle koelaatoista kipsi levitetään suoraan jäätyneen maan päälle, ja laattaa sadetetaan lumen vesiarvoa vastaavalla määrällä vettä. Kaikki valumavesi kerätään talteen analyysiä varten. Kokeessa on sekä käsittelemättömiä laattoja että kipsipeitteen saaneita laattoja tasaisella ja kaltevalla pohjalla. Jokaista käsittelyä on 4 toistoa, jotta tuloksesta saadaan luotettava.

Tällä hetkellä maalaatat odottavat lumisateita varastossa, ja valuntasimuloinnit päästään aloittamaan näillä näkymin tammikuussa 2020. Tulokset valmistuvat kevään mittaan. Onko kaltevuudella merkitystä, miten lumipeite tai sade vaikuttaa kipsin huuhtoutumiseen ja miten kipsi vaikuttaa valumaveden mukana huuhtoutuvan maa-aineksen tai ravinteiden määrään?  Tämä kaikki jää kokeissa nähtäväksi. Tuloksista kerromme SAVEn blogissa keväällä.

Kirsi Järvenranta ja Jenni Laakso, Luonnonvarakeskus Kuopio

Resepti Vantaanjoen rehevöitymisen vähentämiseksi

Projektipäällikkö Anna Saarentaus John Nurmisen Säätiöstä kertoo Vantaanjoen kipsihankkeen kuulumisia. Hanke on edennyt suunnitellusti, ja tänä syksynä kipsinlevitykseen osallistuu 50 tilaa Vantaanjoen valuma-alueella. 

Sain Savijoen kipsipilotin toteuttajilta alla olevan reseptin, koska työnantajani John Nurmisen Säätiö suunnitteli kipsikäsittelyn toteuttamista maatalouden vesiensuojelutoimena. Ohjetta on sovellettu Vantaanjoen valuma-alueella tänä ja viime vuonna, ja hyvin ovat nyt pullat nousemassa uunissa!

Ainekset:

  • Osaava hankekonsortio
  • Useita tarjouskilpailuja
  • Paljon puhelinaikaa
  • 70 maatilaa
  • 3500 ha peltoa
  • 14 000 t maanparannuskipsiä
  • 350 rekkaa
  • Levitysvaunuja + suotuisia säitä kipsin levitykseen

Valmistus:

  • Laadi kipsikäsittelyn säännöt ja ohjeet
  • Kilpailuta hankinnat, kuten kipsi, kuljetus, levitys ja tilakäynnit
  • Informoi viljelijöitä ja keskeisiä sidosryhmiä hankkeesta
  • Tee kiinnostuneiden viljelijöiden kanssa kipsinlevityssopimus
  • Maksa kipsikäsittelyn kustannukset ja huolehdi, että koko kipsiketju liikkuu suunnitellusti
  • Seuraa kipsikäsittelyn ympäristövaikutuksia
  • Raportoi ja viesti hankkeen tulokset

1. Aloita suunnittelusta

Vantaanjoen kipsihankkeen tavoitteeksi asetettiin kipsin levittäminen jopa 3500 peltohehtaarille. Tämän laajuisella kipsikäsittelyllä leikataan vuotuista fosforikuormaa noin kahdella tonnilla ja kiintoaineskuormaa noin tuhannella tonnilla, ja positiiviset vesistövaikutukset kohdistuvat lähes miljoonan virkistyskäyttäjän Vantaanjoelle ja Vanhankaupunginlahdelle.

Huolellinen pohjatyö ja eri sidosryhmien tarpeiden ja toiveiden selvittäminen sujuvoittavat hanketoteutusta. Vantaanjoen hanke on hyötynyt suuresti kipsipilotin kokemuksista, ja Liedon ja Paimion oppeja on pystytty ottamaan käyttöön ja käytäntöjä kehittämään edelleen. Nyt SAVE-hankkeesta tuttuja, tehokkaan vesiensuojelumenetelmän käyttöönotosta kertovia kipsikasoja on voinut bongata pääkaupunkiseudun ympäristössä.

Kipsikäsiteltävät alueet: Kipsiä levitetään etenkin Nurmijärvelle, Hyvinkäälle ja Vantaalle.
Kartta: Juha Riihimäki/SYKE

2. Älä lannistu, vaan selätä haasteet

Leipureille on Vantaanjoella tuottanut päänvaivaa etenkin viljelijöiden tavoittaminen, koska tietosuojasäädökset rajoittavat merkittävästi yhteystietojen luovuttamista. Monet sidosryhmät ovat kuitenkin ystävällisesti vieneet viestiä eteenpäin omien jäseniensä keskuudessa.

Muita käytännön haasteita ovat olleet toiminnan skaalaus pilottikokoluokasta kohti laajan mittakaavan vesiensuojelutyötä sekä kipsin ja julkisuudessa esillä olleiden muiden maatalouden vesiensuojelumenetelmien (rakennekalkki, kuitulietteet) vaikutusten ja toimintamekanismien sekoittuminen toisiinsa. On hieno asia, että uusia vesiensuojelumenetelmiä on viime vuosina innovoitu tiuhaan tahtiin, mutta viljelijöille se aiheuttaa välillä todellista infoähkyä.

Haasteita on pyritty taklaamaan suunnittelun (yhteiset palaverit palveluntarjoajien kesken, erilaisten online-työkalujen käyttöönotto) ja viestinnän keinoin.

3. Nauti onnistumisista

Matkan varrella on saatu iloita monista asioista. Tänä vuonna konsortiomme tuuletti, kun Yara Suomi Oy päätti lahjoittaa hankkeelle 2 500 ha:n kipsikäsittelyyn tarvittavan kipsin. Näin hankkeen rahoitus riitti vielä suuremman pinta-alan kipsikäsittelyyn. Riemunkiljahduksia herättivät myös tiettyjen virstanpylväiden, kuten levityssopimusten hehtaaritavoitteen saavuttaminen, ja mädinhaudontakokeen saaminen onnistuneesti päätökseen.

Onnellisina seurasimme myös sitä, kun hallituksen vesiensuojelun tehostamisohjelma sai kohdennettuja varoja kipsikäsittelyyn Saaristomeren alueella. Ei kun vain uudet pullat uuniin!

Uusi pelto, vanhat kujeet – näin kipsin levitys starttaa Vantaanjoella elokuussa 2019 Kuva: Kirsi Kurki-Miettinen/JNS

4.  Muista seurata vaikuttavuutta

Ympäristöseurannat ovat Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen (VHVSY) osaavissa käsissä.

Kipsikäsittelyn vaikutuksia veden laatuun tutkitaan Lepsämänjoen mittausasemalla, jonka yläpuolisesta peltopinta-alasta käsiteltiin kipsillä syksyn 2018 aikana 36 % (300 ha). Mukaan saadaan lisää käsittelyalaa vielä syksyllä 2019.

Ensimmäiset merkit kipsikäsittelystä ovat jo olleet nähtävissä jokiveden laadussa, sillä kipsin liuetessa sen sisältämä sulfaatti nostaa sähkönjohtokyvyn arvoja. Kipsin vaikutusta eroosioon ja fosforihuuhtoumaan analysoidaan parhaillaan vertailemalla sameuden ja valuman suhdetta ennen ja jälkeen kipsikäsittelyn. Koska sameus korreloi kiintoainepitoisuuden ja kokonaisfosforipitoisuuden kanssa, indikoi sameuden väheneminen myös kiintoaine- ja fosforikuormituksen pienenemistä. Tuloksista raportoidaan myöhemmin tänä vuonna.

Kalaston osalta VHVSY on toteuttanut mädinhaudontakokeen ja sähkökoekalastuksen. Mädinhaudontakokeen tulosten mukaan jokivesi kipsikäsiteltyjen peltojen vaikutusalueilla soveltuu taimenen lisääntymiselle. Sähkökoekalastukset puolestaan toteutettiin ennen kipsin levitystä ja havaintoja kalakannoista vertaillaan myöhemmin kipsikäsittelyjen jälkeen suoritettaviin kalastuksiin. Kuudesta koealasta kolme oli erinomaisessa ekologisessa tilassa, yksi hyvässä ekologisessa tilassa ja kaksi tyydyttävässä tilassa. Taimenia esiintyi neljällä koealalla.

Mädinhaudontakokeen tarkistus talvella 2019
Kuva: VHVSY

5. Yllätykset ovat aina mahdollisia

Hanke on tähän mennessä edennyt suunnitellusti, ja uskomme, että kipsikäsittelyn vaikutus ravinnehuuhtouman vähentämisessä ja sitä kautta vesistöjen tilan parantamisessa on huomattava.

Syksyn säät vaikuttavat merkittävästi siihen, pystytäänkö koko suunniteltu levitysala käsittelemään syksyllä 2019 vai joudutaanko käsittelyä jatkamaan vielä vuonna 2020. Joka tapauksessa seuraaviin askeliin kuuluu muistuttaa vesiensuojelun tärkeydestä, lisätä edelleen kipsikäsittelyn tunnettuutta sekä kertoa seurantojen tuloksista niin veden laadun kuin kalastotutkimustenkin osalta.

Vantaanjoen kipsihanketta toteuttavat John Nurmisen Säätiö, Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry, Helsingin yliopiston Maatalous-metsätieteellisen tiedekunnan Taloustieteen osasto ja Suomen ympäristökeskus. Hanketta rahoittavat säätiön yksityiset tukijat ja ympäristöministeriö. Hanke toteuttaa Suomen vesien- ja merenhoidon toimenpideohjelmaa.

Anna Saarentaus, projektipäällikkö, John Nurmisen Säätiö

Päteekö aineen häviämättömyyden laki myös kipsiin?

Petri Ekholm
Erikoistutkija
SYKE
+358 2952 51102
petri.ekholm (a) ymparisto.fi

Erikoistutkija Petri Ekholm Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kertoo tuloksia SAVE-hankkeessa otetuista maa- ja kasvinäytteistä. Kipsi ei ole haitannut kasvien ravinteidenottoa, mutta kipsin sisältämän rikin kulkeutuminen maassa sekä kipsin vaikutusmekanismin tarkempi tuntemus vaativat vielä lisätutkimusta. Maa- ja kasvinäytteitä tullaan ottamaan taas vuonna 2020, jolloin käsityksemme menetelmästä edelleen tarkentuu.

Veden sameus ja fosforipitoisuus pienenivät Savijoessa kipsinlevityksen seurauksena, mutta mitä tapahtui kipsikäsitellyillä pelloilla? Kipsiä levitettiin 356 peltolohkolle, ja kaikkia niitä ei verrokkeineen voitu mitenkään tutkia. Sen sijaan valitsimme Savijoen valuma-alueen vertailu- ja kipsinlevitysalueilta 28 eri maalajeja edustavaa lohkoa, joilta otettiin kultakin kaksi kokoomanäytettä pintamaasta ja kasveista. Näytteitä otettiin yhden kerran ennen kipsinlevitystä (vuonna 2016) ja kaksi kertaa sen jälkeen (vuosina 2017 ja 2018).

Kasvinäytteiden analysointi osoitti, että kipsi ei ole haitannut kasvien magnesiumin- ja kaliuminottoa Savijoen valuma-alueella. (Kuva: Venla Ala-Harja)

Kasvinäytteiden analysointi osoitti, että Savijoen valuma-alueella kipsi ei ole haitannut kasvien magnesiumin- ja kaliuminottoa, jota on esitetty tapahtuvan, jos näitä kasveille välttämättömiä alkuaineita on maassa niukasti suhteessa muihin kationeihin. Kipsin sulfaatti voi vähentää kasvien seleeninottoa. Tätäkään vaikutusta ei havaittu, olkoonkin että alueella on hyvä kiinnittää seleeniin huomiota, sillä monessa kasvinäytteessä seleenin pitoisuus oli alle määritysrajan (0,02 mg/kg) riippumatta siitä oliko kipsiä levitetty vai ei.

Maaperänäytteet vahvistivat aiemman käsityksen, että kipsi ei vaikuta maan pH-arvoon tai fosforilukuun. Ne paljastivat myös järkeenkäyvän ilmiön liittyen kipsin käyttäytymiseen maassa. Kipsi koostuu kalsiumista ja rikistä, ja niinpä peltomaan ja kasvien rikkipitoisuus oli selvästi korkeampi kipsin levityksen jälkeen (kuvat 1 ja 2). Kalsiumissa ei tosin havaittu tilastollisesti merkitsevää nousua, sillä kalsiumia on maassa luontaisesti niin paljon, että kipsin tuoma lisä ei erottunut taustasta.

Yllätyksenä tuli kuitenkin se, että vain osa kipsin rikistä saatiin kiinni analyyseillä. Rikin lähtötaso peltomaassa ennen kipsinlevitystä vaihteli ”huononlaisesta” ”hyvään” eli välillä 6–17 mg/l. Kipsin mukana rikkiä levitettiin 622 kiloa hehtaarille. Olettaen, että peltolohko kynnetään ja että rikki sekoittuu tasaisesti ylimpään 20 sentin maakerrokseen, rikkipitoisuuden pitäisi nousta peräti 270 mg/l.

Kuva 1. Ensimmäisenä vuonna kipsinlevityksen jälkeen rikin pitoisuus pintamaassa oli noussut kipsikäsitellyillä lohkoilla, ei kuitenkaan niin paljon kuin laskennallisesti olisi pitänyt. Janat palkkien päissä kertovat pienimmän ja suurimman rikkipitoisuuden kipsikäsitellyillä peltolohkoilla (punainen) ja verrokkilohkoilla (sininen), palkit kuvaavat väliä, johon 90 % pitoisuuksista sijoittui ja viiva palkin keskellä mediaanipitoisuutta. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Kipsinlevityksen jälkeisenä keväänä rikkiä löytyi kuitenkin pintamaasta (0–20 cm) keskimäärin vain 39 % laskennallisesta määrästä. Tämä siitä huolimatta, että laskennassa otettiin huomioon Savijokeen huuhtoutunut rikki (9 % levitetystä kipsistä). Vaihtelu tutkittujen 11 kipsilohkon välillä oli suurta: pienimmillään rikkiä oli jäljellä vain 1 %, enimmillään 71 %. Vajaa kaksi vuotta kipsinlevityksen jälkeen pintamaassa oli jäljellä enää keskimäärin 17 % (vaihteluväli 0–50 %) lisätystä, ei-huuhtoutuneesta tai satoon siirtymättömästä rikistä. Minne rikki hävisi?

Rikillä esiintyy kaasumaisia muotoja, mutta rikin haihtuminen pintamaasta ilmaan on erittäin epätodennäköistä, sillä se vaatisi pitkään jatkuneen hapettomuuden. Siten vaihtoehdoksi jää rikin kulkeutuminen maassa alaspäin. Kolmelta kipsilohkolta oli tuloksia myös maakerroksista 20–40 cm ja 40–60 cm. Ja tosiaan, rikkipitoisuus oli noussut myös muokkauskerroksen alapuolella, ts. rikki oli heikosti maahan sitoutuvana aineena huuhtoutunut syvemmälle. Kaikki kadoksissa oleva rikki ei kuitenkaan löytynyt täältäkään. Kaivotutkimusten mukaan kipsiä ei myöskään ollut päätynyt pohjaveteen asti. Näyttää siis siltä, että kipsin rikkiä on kulkeutunut 60 cm syvemmälle, mutta ei kuitenkaan salaojiin asti ja sitä kautta Savijokeen. Mahdollista on myös, että viljavuusanalyysillä ei ole saatu esille kaikkea maassa olevaa rikkiä.

Kasveissa rikkiä oli ennen kipsiä keskimäärin 2,6 g/kg, ensimmäisenä kipsin jälkeisenä kasvukautena 5,1 g/kg ja toisena 4,9 g/kg (kuva 2). Kasveissa ei siis näkynyt vastaavaa rikkipitoisuuden alentumaa toisena vuotena kuin maanäytteissä, mikä myös voisi viitata rikin kulkeutumiseen syvemmälle maassa, pysyen silti kasvien juurten ulottuvilla.

Kuva 2. Kasvien rikkipitoisuus nousi kipsinlevityksen jälkeen ja pysyi aiempaa korkeampana myös toisena kipsinlevityksen jälkeisenä vuotena. (Kuva: Petri Ekholm / SYKE)

Rikin kohtalon selvittäminen on tärkeää, sillä se kertoo kipsin vaikutusmekanismista. Kun kipsi liukenee, maanesteen ionivahvuus (”suolapitoisuus”) kasvaa, mikä näkyi viljavuusanalyysissä maan johtoluvun nousuna: mitä enemmän maanesteessä on liuenneita ioneja, sitä paremmin se johtaa sähköä. Kun ionivahvuus kasvaa, mikroskooppisen pienet maahiukkaset muodostavat ryppäitä, jotka eivät enää ole niin herkkiä kulkeutumaan sade- ja lumensulamisveden mukana alapuolisiin vesistöihin.

Maa-aineksen kulkeutumisen pelloilta vesiin, siis eroosion, ajatellaan olevan maan pinnalla tapahtuva ilmiö. Jos kipsi on pintakerroksesta pitkälti huuhtoutunut, kuten tulokset viittaavat, niin eikö kipsin vaikutuksenkin tulisi olla hiipunut? Näin ei vedenlaatumittausten mukaan kuitenkaan näytä olevan. Ehkä pienikin määrä ”jäännöskipsiä” riittää pintamaan eroosiokestävyyden ylläpitämiseen. Tai ehkä suolavaikutuksen hävittyä maan mikromurut säilyvät, esimerkiksi maan mikrobien erittämien liimamaisten aineiden edistäminä. Emme näytä vielä täysin tuntevan kipsin vaikutusmekanismia.

Maa- ja kasvianalyysi toteutetaan vielä vuonna 2020, jolloin saataneen lisätietoa kadonneesta rikistä – ja lisää tutkittavaa.

Älä tule hyvä kakku, tule paha kakku!

Erikoistutkija Jouni Lehtoranta Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kertoo yhteistyössä Turun ammattikorkeakoulun kanssa tehdyistä kokeista, joissa selvitettiin sulfaatin vaikutusta luonnonvesien rehevöitymiseen. Mereen päätyessään sulfaatista ei ole haittaa, sillä merivedessä sitä on luontaisesti paljon. SAVE-hankkeen arviossa kipsinlevitykselle soveltuvasta peltoalasta on rajattu pois ne valuma-alueet, joilta vedet laskevat järviin.  Jouni kertoo blogissa miksi järvet eivät kestä sulfaattia.

Edellisessä blogijutussani esittelin sulfaatinpelkistyksen vaikutusta raudan ja fosforin kiertoon ja sen aiheuttamaa rehevöitymistä. Kipsinlevitys pelloille voi nostaa sulfaattipitoisuutta vesistöissä. Voisiko siitä aiheutua haittaa järvissä?

Sulfaatin vaikutusten tutkiminen itse vesistöissä on hankalaa, sillä sulfaatti vaikuttaa pohjasedimentin prosesseihin. Haitallisten vaikutusten havaitseminen saattaa kestää vuosia. Kätevämpää on tehdä laboratoriokoe, jossa olosuhteita voidaan säädellä tarkemmin kuin tottelemattomassa luonnonympäristössä.

”Selvittääksemme miten mikrobit kohottavat sedimenttikakkujamme, tapoimme pöpöt reilulla annoksella formaliinia osasta näytteitä. Kakkujen kypsennyslämpötila oli 20 astetta.” (Kuva: Wolf Helmhardt von Hohberg 1695, Frau beim Brotbacken, Deutsche Fotothek, Wikipedia Commons.)

Labrakokkailua Turussa

Kokkailimme siis yhdessä Turun ammattikorkeakoulun insinööriopiskelijoiden ja heidän opettajiensa johdolla sedimenttikakkuja. Kakkureseptimme työkeittiöstä arkeen ja juhlaan oli seuraava: Raaka-aineina jään alta nostettu Turun Maarian altaan pohjasedimentin pintakerros ja saman altaan vesi. Sitten sulfaattia kolmessa eri tasossa: ei lisäystä, 30 mg/L ja 100 mg/L. Halusimme myös virkistää joidenkin koeyksiköiden mikrobitoimintaa sokerilla aivan kuin pullataikinassa. Tosin tavoitteena oli saada bakteerien – ei hiivojen – toiminta piristymään. Lisäksi tylytimme happea hengittäviä mikrobeja poistamalla vedestä happea typpikuplituksella. Selvittääksemme miten mikrobit kohottavat sedimenttikakkujamme, tapoimme pöpöt reilulla annoksella formaliinia osasta näytteitä. Kakkujen kypsennyslämpötila oli 20 astetta ja niitä pidettiin pimeässä. Vaatimaton lämpötila piirakanpaistoon, mutta varsin korkea meikäläisissä vesistöissä.

Tavoitteena rautasulfidikakkuja

Tavoitteenamme oli pilata Maarian altaan hyvä sedimentti sulfaattilisäyksillä. Sedimentissä saattaa olla niukasti ravintoa sulfaatin pelkistäjille ja siksi ruuan riittävyys varmistettiin  sokerilla. Hapettomissa oloissa rautaoksidikakkujen pitäisi pelkistyä ja vapauttaa rautaa ja fosforia veteen. Sulfaattikäsittelyissä tulisi leipoutua rautasulfidikakkuja ja samalla fosforia pitäisi irrota veteen reippaasti. Tavoitteena oli siis havaita, miten hengitykseen käytettävä sulfaatti ja pöpöille tarjottu tuore ravinto aiheuttaisivat eroja monessa eri tekijässä käsittelyjen välillä. Oletuksena oli myös, että kaikissa formaliinilla tapetuissa kakuissa olisi taas varsin hiljaista.

Kokkailuissamme aistinvarainen kolmen tuomarin makustelu ei riittäisi. Nyt oli saatava numeroita veden sulfaatin, sulfidien, liukoisen raudan, fosfaattifosforin, kokonaisfosforin, mangaanin, nitraatin, ammoniumin pitoisuuksista ja vielä pH:n muutoksista niin leivonnan alussa kuin lopussakin. Tähtäimessä oli, että ymmärryksemme sulfaatin ja sokerin vaikutuksesta sedimentistä veteen irtoaviin useisiin aineisiin lisääntyisi.

Sedimenttikakkumme kuukausien kypsyttelyjen jälkeen

Vedessä lilluneet kakkumme muuttuivat mustiksi, joka viittaa rautasulfidien muodostukseen. Hapettomissa oloissa sedimentistä irtosi runsaasti fosforia veteen. Pitoisuus nousi jopa korkeammaksi kuin puhdistamattomassa jätevedessä. Sokeri lisäsi vain hieman fosforin vapautumista, mutta rautaa ja ammoniumia irtosi veteen sokerin avulla reippaasti enemmän. Tapetuissa näytteissä fosforipitoisuus pysyi lähtötasolla tai jopa laski, eli ilman mikrobitoimintaa fosforin vapautumista ei tapahtunut hapettomissakaan oloissa.

Mitä opimme sedimenttikakkujen mittailusta?

Jos Maarian altaan sulfaattipitoisuus nousee, niin fosforin vapautuminen sedimentistä kasvaa. Kokeissa sulfaatin lisäys vähensi myös vedessä tavatun raudan määrää, mutta melko vähän. Sulfaatti siis lisäsi fosforin vapautumista ja samalla vähensi fosforia sitovan raudan määrää vedessä luultavasti rautasulfidien muodostuksen vuoksi. Huonoon suuntaan mentiin, mutta tuliko niin pahaa kakkua kuin toivottiin? No ei tullut. Raudan väheneminen ja fosforin vapautuminen oli varsin maltillista. Sokerinkin lisääminen kasvatti fosforin vapautumista vain hillitysti sedimentistä veteen. Miksi näin kävi?

Vaikuttaa siltä, että Maarian altaan pöpöille itse sedimentissä on jerkkua takana kuin Pitkämäen heitossa aikoinansa. Sedimentissä on siis riittävästi polttoainetta käynnistämään fosforia vapauttavat hapettomat hengitysprosessit aina sulfaatinpelkistykseen saakka. Hapettomissa oloissa altaan sedimentistä irtoaa runsaasti fosforia ilman sulfaatti- tai sokerilisäystäkin. Tosin sokerin lisääminen saattoi kohentaa mikrobien kasvua ja sedimentistä irronnut ekstra fosfori voisi löytyä myös sokerista hyötyneistä pöpöistä.

Merkittävin tekijä vähäisen pahan kakun syntymiseen oli luultavasti se, että altaan sedimentissä on paljon rautaoksideja. Niiden pelkistyminen nosti raudan määrän vedessä hyvin korkeaksi. Kokeessa lisäämämme sulfaatti hengitettiin pois lähes täysin ja silti syntyneet sulfidit riittivät sitomaan vain osan raudasta. Sulfaattimäärämme eivät juuri vaarantaneet raudan kykyä sitoa fosforia, kun olot muuttuivat takaisin hapellisiksi. Mutta olisiko pahaa sulfidikakkua syntynyt enemmän, jos olisimme lisänneet sulfaattia kokeen edetessä? Jaa-a, kyllä näin olisi voinut tapahtua. Luonnossahan sulfaatti ei ehtyisi parissa kuukaudessa kuten kokeessamme.

Lopputulos

Kokeemme toi konkreettisesti esiin sen, että useita ravinteiden kiertoon osallistuvia aineita on otettava huomioon kun tarkastellaan kuormituksen vähentämistoimenpiteiden vaikutuksia vastaanottavassa vesistössä.

Voiko kipsiä nyt laittaa pellolle, vaikka sulfaattipitoisuus nousee vesistöissä? Tulostemme perusteella varsin reipaskaan sulfaattipitoisuuden kasvu Maarian altaassa ei lisää huimasti fosforin vapautumista, kun olosuhteet muuttuvat hapettomiksi. Kokeemme kesti kuitenkin vain pari kuukautta. Huolestuneisuus kohdistuu tässä siihen, että sulfaatti pääsi kokeessa ehtymään  melko nopeasti. Jos sulfaattia tulisi pidempiaikaisesti valuma-alueelta vesistöön  ja mikrobit pelkistäisivät sitä sedimentissä, niin se saattaisi johtaa rautasulfidien muodostukseen ja heikentyneeseen fosforin sidontakykyyn. Pahaa kakkua saattaisi syntyä, vaikkakin hitaasti. Suosittelisin siis edelleen kipsin käyttöä vain sellaisilla valuma-alueilla, joista vedet päätyvät jokien kautta suoraan mereen.

Blogini epilogi

Antaisin reseptille vaikeusasteen 4/5. Toteutus ja valmistuminen syövät resursseja ja aikaa. Kakkukäsittelyissä muodostuva bukee (tolkuton mädän kananmunan haju) karsii amatöörit ja vain karastuneimmat ajautuvat ammattilaisuuteen. Hapettomien olojen kokkailukokemuksista MP:tä ja näkiksii voi kysäistä opiskelijoilta, jotka opettajiensa kanssa toteuttivat kokeen näytteenotosta aina viimeisiin mittauksiin. Sedimenttikokeet vaativat suuren työmäärän. Näytteiden käsittely hapettomuudessa ei myöskään ole ihan yksinkertaista. Näistä vaativista töistä Turun AMK selvisi erinomaisesti ja siitä iso kiitos.

Jouni Lehtoranta
Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Peltojen kipsikäsittely ei näytä aiheuttavan vaaraa virtavesieliöstölle

Keväinen Savijoki (Kuva: Janne Artell)

Kipsikäsittelyn vaikutuksia virtavesien eliöstöön seurattiin Savijoen pilottialueella ja asiaa tutkittiin myös laboratoriossa. Tutkittuja lajeja olivat vuollejokisimpukka, meritaimen, isonäkinsammal – lisäksi seurattiin kalastoa ja päällysleviä. Suomen ympäristökeskuksen (SYKE), Varsinais-Suomen ELY-keskuksen (VARELY) ja Jyväskylän yliopiston (JY) toteuttamien tutkimusten mukaan kipsikäsittelystä ei näytä aiheutuvan vaaraa vesieliöstölle.

Siilinjärven kipsi on osoittautunut hyödylliseksi peltojen ravinnepäästöjen hillitsijäksi Savijoen koealueella. Projektin aikana on selvitetty myös maaperästä liukenevan ja jokeen päätyvän kipsin mahdollisia vaikutuksia Savijoen eliöstössä SYKEn, VARELYn ja Jyväskylän yliopiston yhteistyönä. Sulfaatin, jota kipsikin sisältää, on todettu kirjallisuuden mukaan haittaavan vesieliöstöä. Niinpä erillisten kokeiden toteuttaminen oli tarpeen myös SAVE-projektissa. Erityisen kiinnostuneita olimme joen uhanalaisista lajeista: vuollejokisimpukasta ja meritaimenesta sekä virtavesien avainlajista isonäkinsammalesta. Lisäksi selvitimme kalalajistoa sähkökalastuksin ja päällyslevien kasvua kentällä.

Savijoesta pilottialueen alapuolelta löytyneitä vuollejokisimpukoita (kuva: Rami Laaksonen) sekä altistuskammioita simpukoineen Savijoen yläjuoksulla (kuva: Matti Leppänen).

Vuollejokisimpukka

Vuollejokisimpukkakokeissa mittasimme Perniönjoesta lainattujen simpukoiden aktiivisuutta sumputtamalla niitä Savijoen kipsialtistusalueella ja yläjuoksun vertailupisteellä, sekä tutkimme aikuisten simpukoiden käyttäytymistä ja niiden toukkien selviämistä kipsialtistuksessa laboratoriossa. Syksyn 2016 sumputuskokeissa ei havaittu aktiivisuuden muutoksia kipsiin liittyen (linkki). Simpukoiden laboratoriokäyttäytymiskokeissa jalanliike kasvoi sulfaattipitoisuuden kasvaessa, mutta vasta todella suurissa pitoisuuksissa (1100 mg/L) viitaten simpukoiden kokemaan stressiin. Simpukan toukat eli glokidiot olivat elinvoimaisia testeissä, joissa jäljiteltiin havaittuja Savijoen sulfaattipitoisuuksia (linkki). Kokeiden päätyttyä simpukat palautettiin niiden alkuperäiselle keräyspaikalle. Simpukkakokeiden lisäksi Savijoella tehtiin sukeltamalla linjalaskennoilla simpukoiden tiheysarvioita ja vuosien välisessä vertailussa (2016/2017) ei havaittu selkeitä muutoksia.

Jarno Turunen ja Janne Markkula sähkökalastamassa Savijoella (kuva: Jukka Rapo, Keksi ). Hiekkaisia haudontasylintereitä taimenen alkioiden luontaista kutupesää  muistuttavasta ”keinopesästä” (kuva:  Maija Hannula).

Kalasto

Meritaimenen lisääntymisolosuhteita Savijoessa jäljiteltiin hautomalla viljelykannan mätimunia jokiuomissa haudontasylintereissä (linkki). Soraistettuja haudontasylintereitä sijoitettiin lokakuussa 2017 kipsinlevitysalueella olevan uoman lisäksi yläjuoksulle sekä metsäisen valuma-alueen verrokkijokeen. Talven jäljiltä elossa olevien alkioiden osuutta arvioitiin keväällä 2018. Valitettavasti kaikkia sylintereitä vaivasi irtohiekka, joka tunkeutui 2 mm rasianrei’istä soraan ja tukahdutti suurimman osan munista. Näin ollen päätelmiä kipsin sulfaatin vaikutuksesta meritaimenen alkioihin ei voitu tehdä. Sähkökalastusta on harjoitettu Savijoen alueella Rynkössä ja Yliskulman purossa/koskessa 2012 ja 2013. Pyynti toistettiin vuonna 2017. Sähkökalastussaaliiden perusteella selkeää muutosta lajisuhteissa ei ole vuosien 2012 ja 2017 välillä (linkki). Tavallisimpien lajien, kuten kivennuoliaisen ja kivisimpukan esiintymistiheydet olivat samanlaisia. Taimenen tiheys oli pienentynyt Yliskulman purossa, mutta ero johtuu todennäköisemmin istutusten ajankohdasta ja tavanomaisesta poikasten tiheyden vaihtelusta. Sähkökalastusseurantaa pitäisi tehdä useamman vuoden ajan, jotta normaali vuosien välinen vaihtelu voidaan luotettavammin erottaa kipsin levityksen vaikutuksesta, mutta valitettavasti aineistoa ei ole enempää ajalta ennen kipsinlevitystä.

Maria Rajakallio nostamassa uomassa ollutta levälaattaa mittauksiin ja Marja Lindholm mittaamassa BenthoTorch-fluorometrillä maastossa päällyslevien määrää. Oikealla uomasta nostettuja laattapareja Savijoen Koskelan tutkimuspaikalla. (Kuvat: Tiina Laamanen, SYKE)

Perustuottajat

Sulfaatin vaikutusta isonäkinsammalen kasvuun testattiin sammalilla, jotka olivat peräisin Muuramejoesta. Kärkiosia altistettiin laboratoriossa eri pitoisuuksille Savijoen vedessä kolmen viikon ajan ja pituuden ja massan muutosta tutkittiin suhteessa altistuspitoisuuteen.  Sammalien kasvu hidastui sulfaattipitoisuuden noustessa, mutta oli merkittävästi pienempää vasta pitoisuuksissa lähellä sulfaatin liukoisuusrajaa (1200 mg/L). Pituuskasvun hidastuminen saattoi johtua silmin nähtävästä kipsin saostumisesta sammalen pinnalle, mikä ilmeni myös massan kasvuna. Toisen perustuottajan eli päällyslevien kasvua mitattiin uomassa pidetyillä keinotiilillä klorofyllin eli viherhiukkasten määränä kahdella eri menetelmällä Savijoen Koskelan kipsinlevitysalueella ja mittapadon verokkipisteessä vuosina 2016 ja 2017 (linkki). Koskelassa klorofylliä oli selkeästi enemmän kumpanakin vuotena, ja ero vuosien välillä oli samanlainen molemmissa paikoissa, joten näyttöä kipsin vaikutuksesta levän kasvuun ei ole. Klorofyllin määrissä mitattua eroa selittää parhaiten Koskelan kipsinlevitysalueen ja mittapadon verrokkipaikan erilaisuus valaistus- ja virtausolosuhteissa.

Kipsinlevityksen ja siitä johtuvan pienen sulfaattipitoisuuden nousun ei näiden tutkimusten mukaan pitäisi vaikuttaa ainakaan haitallisesti Savijoen — eikä näin ollen todennäköisesti muidenkaan kipsikäsittelyalueiden jokien — eliöstön menestymiseen. Vähentynyt kiintoaine- ja ravinnekuormitus voi pikemminkin kohentaa jokivesien biologista tilaa. Vaikutusten pidempiaikainen seuranta, myös muilla käsittelykohteilla, voisi kuitenkin olla paikallaan.

Matti Leppänen (SYKE), Heikki Hämäläinen (JY) & Krista Rantamo (SYKE, JY)

Tutkijat: Arola Hanna (JY), Aroviita Jukka (SYKE), Hannula Maija (JY), Laaksonen Rami (VARELY), Laamanen Tiina (SYKE), Salmelin Johanna (SYKE, JY) Syrjänen Jukka (JY), Turunen Jarno (SYKE)

Vesistönäytelmässä sulfaatin rikille lankeaa pahiksen rooli

Erikoistutkija Jouni Lehtoranta Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kuvaa kirjoituksessaan, miten sulfaatti saattaa aiheuttaa rehevöitymistä vesistöissä. Tätä näytelmää lukiessa maallikollekin avautuu, mistä prosessissa on kyse. Sulfaatin vaikutusta luonnonvesien rehevöitymiseen on tutkittu yhteistyössä Turun AMK:n kanssa. Tuloksia kokeesta saadaan syksyllä. Keväällä julkaistussa arviossa kipsinlevitykselle soveltuvasta peltoalasta  on rajattu pois ne valuma-alueet, joilta vedet laskevat järviin.

Olemme Ekholmin Petrin kanssa pohdiskelleet sulfaatin aiheuttamaa rehevöitymistä vuosituhannen alusta saakka. Fosforin kierron kannalta ”mikrobiologinen dissimilatorinen sulfaatin pelkistys” on yksi merkittävimmistä tapahtumista vesistöissä. Työkaverit hauskuuttavat itseään tuon termin käytöllä ja hymyilyttäähän se minuakin. Totuus kuitenkin on, että prosessi tunnetaan heikosti meikäläisissä vesistöissä. Eikä tuo nyt luille kaluttu termi ole, jos se tulee tässä ensimmäistä kertaa esille. Ryhdytään nyt linkittämään sulfaattia fosforiin ja rehevöitymiseen teatterinäytelmän keinoin.

Kytkennät aineiden välillä ovat tietysti monimutkaisia, kuten näiden luonnon prosessien kanssa tahtoo olla. Mutta niin ovat monet näytelmätkin pää- ja sivuhenkilöineen. Hylätään kuitenkin aluksi termit ja rakennetaan sulfaatista näytelmä, jossa aineiden sitoutumiset ja vapautumiset esitetään kihlautumisina, eroina ja uusien kumppanien löytämisinä ja pysyvinä liittoina. Pääosissa ovat happi, rauta, rikki, fosfori ja eloperäinen hiili. Eri näytösten ohjaajat – tilannetajuiset mikrobit – osallistuvat näytökseen vain, kun tietyt reunaehdot näyttämöllä toteutuvat. Näyttelijät ja ohjaajat lavalle ja vedetään esirippu ylös!

Henkilöhahmoja Shakespearen näytelmistä. (Kuva 1800-luvun puolivälistä, tekijä tuntematon. Lähde: Wikipedia Commons)

Ensimmäinen näytös: Rauta-fosforiliitossa kaikki hyvin

Näyttämöllä on ruuhkaksi asti happea ja muutamia eloperäisen aineksen edustajia. Mikrobeista lavalla ovat vain ne, jotka tykkäävät hapesta, jota on runsaasti ympärillä. Timmissä kunnossa olevat hapettuneet ruosteraudat kihlautuvat nopeasti fosforin kanssa ja fosfori ei ole kiinnostunut suuresti levien flirttailusta. Levät eivät siis lisäänny liikaa. Sulfaatit pyörivät näyttämöllä kykenemättöminä turmelemaan raudan ja fosforin solmimia liittoja. Oi onnea!

Toinen näytös: Parisuhde alkaa rakoilla

Näyttämölle saapuu lisää eloperäistä ainesta ja mikrobit poistavat näyttämöltä lopulta kaikki happikaverit. Hapettomaksi muuttuneella näyttämöllä hyväkuntoisesta raudasta kiinnostunut mikrobiporukka heräilee ja alkaa murjoa eloperäisen aineksen avulla rautaa heikompaan kuntoon. Tällaisesta raudasta fosfori ei enää ole kiinnostunut ja fosfori purkaa kihlauksensa raudan kanssa. Voimaton rauta ja siitä eronnut fosfori eivät kykene sitoutumaan toisiinsa lukuun ottamatta muutamaa hassua susiparia, ja rauta ja fosfori vaeltelevat turhautuneina näyttämöllä. Osa fosforista tympääntyy touhuun täysin ja menee kimppaan levien kanssa.

Kolmas näytös: Parisuhdeongelma kärjistyy – rauta löytää uuden kumppanin

Lavalle tunkeutuu vielä lisää eloperäistä ainesta, sopivaa rautaa ei enää ole taottavaksi ja nyt eloperäisen aineksesta kiinnostuvat sulfaattia hyödyntävät mikrobit. Nämä veijarit tuottavat sulfaatista ärhäkkään, raudasta erittäin kiinnostuneen sulfidin. Sulfidi häiriköi, vie raudan vihille, ja pariskunnasta tulee musta, näyttämörakenteisiin hautautuva kiinteä rautasulfidi. Raudan seurustelu sulfidin kanssa on armoton fosforille, sillä rauta, liittouduttuaan sulfidin kanssa, ei kykene fosforiliittoon. Fosfori poistuu kolmantena pyöränä ja on vapaa seurustelemaan muiden kumppanien kanssa. Näytelmän loppu on onneton – fosfori kihlautuu sinilevän kanssa.

Näytelmän opetus

Esityksen ”hyvis” on rauta, tarkemmin ilmaistuna rautaoksidi, joka sitoo fosforin pois levien ulottuvilta. Sulfaatti ja sen sisältämä rikki on taas ”pahis”, joka sitoo raudan, jolloin se ei kykene sitomaan fosforia. Ensimmäinen näytös osoittaa, että sulfaatti on alussa ”harmiton”, mutta tilanne muuttuu ikäväksi, kun mikrobit voivat hyödyntää sitä suurin määrin, jolloin sulfaatin sisältämä rikki aiheuttaa riesaa sen estäessä raudan ja fosforin keskinäisen sitoutumisen.

Jokien sulfaattikuormalla on vähäinen vaikutus meren sulfaattipitoisuuteen, koska merissä sulfaattia on jo luontaisesti. (Kuva: Samuli Puroila)

Sulfaatin lisääminen vesistöön voi siis lisätä rehevöitymistä. Jos systeemi on niukkatuottoinen, niin sulfaatti tuskin aiheuttaa rehevöitymisongelmia – pohjasedimentissä kun ei ole käyttökelpoista eloperäistä ainesta sulfaatinpelkistäjille ja sulfaatti kulkee vesistön läpi. Toisin on rehevien vesistöjen kanssa, joihin sulfaatin lisääminen voi olla hyvinkin haitallista. Sulfaatin pelkistäjäbakteerit viihtyvät hyvin lämpimissä ja rehevissä ympäristöissä. Maataloutemme kuormittamat matalat ja hyvin, koko vesitilavuudeltaan lämpenevät järvemme eivät todellakaan tarvitse sulfaattilisäystä. Tämän vuoksi emme suosittele sulfaattipitoisuutta vesistössä nostavaa kipsin käyttöä kuin sellaisilla valuma-alueilla, joilta vesi kulkeutuu suoraan tai jokia pitkin mereen. Merivedessä sulfaattia riittää luontaisesti eikä lisäsulfaatti juuri vaikuta sulfaattipitoisuuteen.

Tätä aihetta ”sulfaatti ja rehevöityminen” ovat käsitelleet muutkin tasokkaissa tieteellisissä artikkeleissa, ja vieläpä reilusti ennen minua ja Petriä. Mutta jos meidän tekemä heavy-osasto kiinnostaa, niin kannattaa käydä vilkaisemassa artikkeleita AMBIO-tiedelehdestä tai kotimaisesta Vesitalous-sarjasta.

J.K. Tavoittelin tässä Shakespearen loistokkuutta, mutta tällaista pienen pitäjän kömpelöä kesäteatteria tuli. Menköön helteisen heinäkuun piikkiin.

Jouni Lehtoranta
Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus (SYKE)