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 rik