Maanviljelyskemian ja fysiikan dosentti sekä MTK:n ympäristöjohtaja Liisa Pietola kertoo kehitystyöstä ja tutkimuksista, jotka vahvistivat kipsin potentiaalin uudeksi vesiensuojelukeinoksi ja pohjustivat kipsimenetelmän käytännön testausta TraP-projektissa (2007–2010). TraP-kipsinlevityspilotin hyvät tulokset siivittivät edelleen SAVE-hankkeen syntymistä, jossa kipsimenetelmää on testattu laajemmassa mittakaavassa.
Kuinka hienolta tutkijasta tuntuu, kun teoria ja käytäntö lyövät kättä, kun molekyylipiirrokset ja maanviljelyskemian reaktioyhtälöt toimivat käytännössä! Eikä vain laboratoriomittakaavassa vaan myös todellisessa maanviljelyssä, jossa voitettavana oli monia lisähaasteita. Tätä matkaa sain olla todistamassa 10–12 vuotta sitten. Ja näin asiat loksahtelivat kokemukseni ja muistini mukaan.
Oli kevät 2006 ja olin juuri aloittanut Kemira GrowHow’n erikoistutkijana ja maaperäasiantuntijana Espoon Suomenojan tutkimuskeskuksessa. Takana oli 15 vuosikurssia maanviljelysfysiikan ja -kemian luento- ja laboratorio-opetusta Helsingin yliopistossa sekä agronomista maaperätutkimusta yhteistyössä ensimmäisen työpaikkani MTT:n kanssa (nykyisin Luke).
Heti aluksi nostan kolme nimeä ja tahoa, jotka sysäsivät kehitystyön liikkeelle keväällä 2006: MTT:stä professori Erkki Aura, Kemira GrowHow’n jo edesmennyt Espoon tutkimus- ja tuotekehitysosaston vetäjä Jari Peltonen sekä Maaseudun Tulevaisuuden toimittaja Veikko Niittymaa, joka oli kirjoittanut jutun Siilinjärven kipsistä. Jutun otsikon mukaan apatiittikaivoksen ja fosforihappotehtaan kipsikasa pitäisi levittää eroosioalttiille savimaille. Jari toi lehden minulle ja pyysi selvittämään aihetta lisää. Lehdessä oli haastateltu Erkkiä, vanhempaa alani tieteenharjoittajaa ja innoittajaa.
Jatkoimme Erkki Auran kanssa aiheen puntarointia. Muistan, kuinka hän piirteli fosfaattianioneja ja hiukkaspintoja ruutupaperille. Hahmotelmat ja teoriat kuvasivat sitä, miten kipsikäsittelyn jälkeen maaperän liukoinen fosfori tarttuisi maapartikkelien pinnalle riittävän höllästi siten, että kasvi voisi fosforin hyödyntää. Saostusta ei siis tapahtuisi (toisin kuin kalkitusaineen kohdalla pH:n noustessa liikaa), mikä oli yksi keskeinen pointti käytännön viljelyn kannalta.
Erkki oli siis jo tutkinut murustumista suspensiokokein laboratoriossa. Tiesimme, että kipsi parantaa murujen kestävyyttä ja siten partikkelifosforin pakoa pellolta, mutta voisiko se vaikuttaa myös liukoiseen fosfaattifosforiin? Kannatti ihmeessä kokeilla. Teoria oli tukena.
Fosforin käyttökelpoisuuden lisäksi toinen keskeinen pointti, johon liittyi aluksi epäilyksiä, oli kipsin liukoisuus. Jos suuri kipsikasa on pysynyt kasassa, niin miten kipsi liukenisi maassa? Kipsi eli kalsiumsulfaatti kahdella kidevedellä liukenee kuitenkin hyvin maahan sekoitettuna, kun suhteuttaa liukoisuuden maaperän huokostilavuuteen ja vesivirtauksiin.
Laskin annosmääriä kipsin liukoisuuden, maan huokosvesitilavuuksien ja Erkin ohjaaman suspensiojulkaisun (vuodelta 2006) perusteella. Ja nyt nostan esille keskeisen vaikuttajan ja tekijän, Kemira Growhow’n laborantti Ulla Kulokosken, joka alkoi tehdä kipsijauheen ja maan seoksia ja valuttaa läpi vettä, josta mittasimme sameutta ja liukoista fosforia. Teimme kymmeniä, satoja ”lirutuksia” eri maalajeja ja fosforitasoja edustavien peltomaanäytteiden läpi. Ulla oli tavattoman kekseliäs ja toteutti lirutuskokeet tarkasti ja toistoilla, jotka osoittivat tilastollisen luotettavuuden. Veden happamuus ei juuri muuttunut, onhan kalsiumsulfaatti neutraali suola, mutta suolaisuutta kuvaava johtoluku nousi. Ja se oli juuri tarkoitus – ei liikaa mutta sopivasti, ajatellen samalla maan viljeltävyyttä. Liika suolaisuushan estäisi esimerkiksi itämisen. Taso, joka vastasi 4 tn/ha sekoitettuna 10 cm:n maakerrokseen, osoittautui parhaaksi.
Oleellista oli, että kipsi liukeni maassa, johon se sekoitettiin. Kukkapurkkien kipsi-maa -seokset kostutettiin ja niiden läpi valutettu vesi oli kirkkaampaa ja fosfaattipitoisuus puolet pienempi kuin samalla lailla kostutetun ja valutetun maan ilman kipsiä. Ullan analyysit ja käytännön laboratoriokehitystyö olivat huippua! Ne osoittivat, että maanesteen kalsium- ja sulfaatti-ionit toimivat kemian oppien mukaisesti: Kalsium kahdella positiivisella varauksellaan liitti negatiivisia maahiukkasia toisiinsa ja vahvisti muruja. Sulfaatti lisäsi suolaisuutta ja vähensi repulsiovoimia, jotta hiukkaset pääsivät lähelle toisiaan. Negatiivinen fosfaatti puolestaan pääsi myös lähelle hiukkaspintaa sulfaatin raivaamalle paikalle ja turvaan huuhtoutumiselta huokosvedestä.
Kesän 2006 jälkeen esittelimme lupaavia tuloksia ja jatkoimme työtä taas 2007. Varmistelimme ja tutkimme tarkemmin myös raaka-ainetta: Kipsi syntyy kiven ja hapon yhteistyöstä. Apatiitti reagoi rikkihapon kanssa ja tuloksena on fosforihappoa, sivutuotteena kalsiumsulfaattia. Koska Siilinjärven apatiitti magmaattisena esiintymänä on niin puhdas, myös kipsi oli puhdasta. Meidän ei siis tarvinnut pelätä uraania tai kadmiumia kuten yleensä maailmalla, jossa apatiittiesiintymät ovat sedimenttisiä ja sivutuotteena syntyvää fosfokipsiä pidetään haitallisena.
Syksyllä 2007 TEKES-tutkimus pantiin liikkeelle Kemira GrowHow’n tutkimus- ja kehitysjohtaja Ilkka Kruusin tuella ja TraP-hanke esiteltiin maataloustieteen päivillä tammikuussa 2008. Syksyllä 2008 tulokset olivat esillä pohjoismaisessa fosforikonferenssissa, jonka julkaisu ansainnee paikkansa primäärilähteiden joukossa, Erkki Auran ym. vuoden 2006 julkaisun jälkeen. Suomenojan tuloksissamme uutta olivat tutkimukset viljelykelpoisella kasvualustalla eikä enää vesisuspensioilla. Uutta oli myös liukoisen fosforin pidättyminen, kuten professori Eila Turtola MTT:stä myöhemmin TraP-kokouksessa totesi mittaustensa jälkeen. Veden kirkastuminen suuremmista monoliiteista (jotka oli otettu peltomaasta kipsikäsittelyn jälkeen MTT:n TraP-tutkimuksissa) sai hieraisemaan silmiä, kuten muistan myös erikoistutkija Risto Uusitalon MTT:stä kuvailleen.
TraP-hankkeen (2008–2010) myötä Suomenojan lirutukset laajentuivat Yaran, SYKE:n, MTT:n sekä Helsingin Seudun ja Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen (VHVSY) ja Luode Consulting OY:n sekä TSS:n konsortioksi, jota rahoitti TEKES ja Yara (joka oli ostanut Kemira GrowHow’n 2008, mutta jatkoi projektia tauotta). Tästä kiitoksen ansaitsevat johtotehtävissä jatkaneet Timo Lainto sekä Heikki Sirviö, joka luotsasi projektin sovelluksen osaksi BSAG:n Itämerisitoumusta helmikuussa 2010, tuloksena laajat kipsikäsittelyt Saaristomeren valuma-alueelle syksyllä 2010.
Itämerisitoumuksen taustalla oli vahva TraP-näyttö syksyn 2008 peltolevityksistä: TraP-hanke vei tutkimukset laboratoriosta pelloille ja valuma-aluetasolle, jossa Luode Consultingin Mikko Kiirikki sekä Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesienhoitoyhdistyksen Pasi Valkama mittasivat ja analysoivat jatkuvatoimisten mittauspisteiden tulokset yhdessä SYKE:n erikoistutkija Petri Ekholmin kanssa. TraP-hanke osoitti, että johtoluku pysyy riittävän korkealla ainakin 4 vuotta. Viljavuusnäytteitä otettiin keväin ja syksyin TTS:n Sakari Alasuutarin koordinoimana, ja viljavuusanalyysin johtoluvusta paljastui arvokas indikaattori kipsikäsittelyn vaikutuksen kestosta. Nummenpään valuma-aluetutkimus edusti 100 ha:n peltoaluetta, jossa viljelijä Hannu Rinnekarin merkittävä panos ansaitsee ison kiitoksen, kuten kaikki tässä blogissa mainitut ja monet mainitsematta jääneet.
Osoitimme 10 vuotta sitten, että kipsikäsittely käytännössä puolitti fosforipäästöt pellolta, sekä maahiukkasiin vahvasti sitoutuneen että liukoisen. Pasi Valkaman väitöstyö viime keväältä (https://helda.helsinki.fi/handle/10138/234579) avaa lisää TraP-hanketta ja kipsin matkaa tieteellisesti hyväksytyksi ja käytäntöön soveltuvaksi vesiensuojelutoimenpiteeksi. Vain poliittinen hyväksyttävyys jäi uupumaan. Sitä hakee parhaillaan SAVE-hanke.
Liisa Pietola, maanviljelyskemian ja fysiikan dosentti, MTK:n ympäristöjohtaja 2011–
