Kipsin vaikutus maaperään ja kasvustoon

SAVE-hankkeessa pyritään selvittämään kipsinlevityksen vaikutuksia mahdollisimman laajasti. Aikaisemmin olemme kertoneet, kuinka vaikutuksia tarkkaillaan vesieliöissä, mm. vuollejokisimpukassa. Tällä kertaa aiheena on kipsin vaikutus peltojen maaperään ja kasvustoon. Maaperä- ja ympäristötieteen professori Markku Yli-Halla perehdyttää meidät aiheeseen ja analysoi samalla ennen kipsinlevitystä otettujen näytteiden tuloksia.

Kesällä 2016 ennen kipsin levitystä kerättiin maanäytteitä Savijoen valuma-alueen peltojen muokkauskerroksesta ja jankosta (pohjamaasta). Näytteenoton tarkoitus oli saada käsitys alueen viljelymaiden ominaisuuksista ennen kipsin levitystä, jotta kipsikäsittelyn aiheuttamia muutoksia voidaan aikanaan luotettavasti arvioida. Samasta syystä jokaiselta seurantalohkolta kerättiin myös kasvinäyte.

Kipsin vaikutusta peltomaahan tarkkaillaan SAVE-hankkeessa. Kuva: Janne Artell / NutriTrade

Näytteitä otettiin sekä pilotti- että vertailualueelta ja niin kipsikäsiteltäviltä kuin -käsittelemättömiltä peltolohkoilta. Maanäytteistä tehtiin viljavuusanalyysin perustutkimus. Siinä määritettiin maalaji ja multavuus aistinvaraisesti, pH(H2O) ja maan helppoliukoisten suolojen pitoisuutta kuvaava johtoluku sekä muutamien helppoliukoisten kasvinravinteiden (Ca, Mg, K, P, S) pitoisuudet. Kationipitoisuuksien perusteella laskettiin efektiivinen kationinvaihtokapasiteetti. Lisäksi määritettiin vesiuuttoisen fosforin pitoisuus.

SAVE-hankkeen näkökulmasta ovat oleellisia etenkin kalsium-, magnesium- fosfori- ja rikkipitoisuudet sekä maan johtoluku ja jossain määrin pH. Kipsin mukana maaperään tulee runsaasti kalsiumia ja rikkiä ja näiden pitoisuuksien voidaan olettaa kipsikäsittelyn myötä kasvavan. Mg-pitoisuus todennäköisesti puolestaan vähenee, koska Ca syrjäyttää kationinvaihtopaikoilta Mg-ioneja, jotka voivat huuhtoutua syvemmälle. Sulfaatin liukeneminen näkyy todennäköisesti myös jonkin verran kohoavina johtoluvun arvoina.

Kipsin vaikutus pellon helppoliukoisen fosforin pitoisuuteen on keskeinen seurantakohde. Maaperäkemian lainalaisuuksien pohjalta voi päätellä, että kipsin fosforikuormitusta pienentävä vaikutus ei pohjaudu varsinaisesti helppoliukoisen fosforin pitoisuuden alenemiseen vaan maan suolapitoisuuden ja kalsiumpitoisuuden kasvun aiheuttamaan fosforin liukenemisen vähenemiseen ja samoista tekijöistä johtuvaan pienempään eroosioon. Kun maan mururakenne vahvistuu suolapitoisuuden kasvun myötä, valumaveteen päätyy vähemmän maapartikkeleita ja siten myös niihin sitoutunutta fosforia. Tällöin liikkeelle lähtevän ja Savijokeen päätyvän fosforin määrä pienenee. Viljelijöitä kiinnostaa epäilemättä suuresti se, vaikuttaako kipsikäsittely kasvien fosforin saantiin ja lannoitustarpeeseen. Aikaisemmin kasvihuoneessa tehdyn kokeen perusteella kipsilisäys ei heikennä kasvien fosforin saantia eikä siis lisää fosforilannoituksen tarvetta.

Kipsi on neutraalisuola, jonka lisäys maahan ei periaatteessa aiheuta muutoksia maan pH:ssa. Kipsi tosin sisältää kalsiumia, ja monet luulevat virheellisesti sen nostavan maan pH:ta, kun kerran sitä on kalkitusaineissakin. Maan pH:n kohoaminen perustuu kuitenkin kalkitusaineen anioniin, joka kipsissä on sulfaatti; se ei sido eikä luovuta happamuutta eikä näin ollen vaikuta maan happamuuteen. Kipsin liukeneminen nostaa hieman maan suolapitoisuutta, mikä saattaa hieman (joitain pH-yksikön kymmenyksiä) alentaa viljavuusanalyysissä mitattavaa pH(H2O)-arvoa.

Näytteiden maalajijakauma oli alueelle tyypillinen: 70 % edusti savimaita ja 30 % karkeita kivennäismaita. SAVE-aineiston karkeat kivennäismaat olivat kaikilta kemiallisilta ominaisuuksiltaan hyvin Liedon ja Tarvasjoen alueen karkeiden kivennäismaiden kaltaisia. Savimaat poikkesivat alueen savimaista hieman enemmän kuin karkeat maat. Suurin ero oli maan P-luvussa, joka SAVE-aineiston savimaissa edusti selvästi yhtä viljavuusluokkaa korkeampaa tasoa.

Kasvinäytteistä määritettiin yhteensä 12 eri aineen kokonaispitoisuudet (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Zn, B ja Se). Kerätyistä kasvinäytteistä 22 oli viljoja, 7 heinää ja lisäksi mukana oli yksi näyte hernekasvustosta. Kasvinäytteille vertailukohdan löytäminen on hieman hankalampaa, koska SAVE-hankkeen näytteet edustivat kohtalaisen nuoressa kasvuvaiheessa olevaa kasvustoa, ja kirjallisuudesta löytyy pääasiassa tuleentunutta viljakasvustoa (jyvät, oljet) koskevaa tietoa. Merkille pantavaa on se, että valtaosa näytteiden seleenipitoisuuksista oli alle määritysrajan (<0,02 mg/kg) ja vain harvassa tapauksessa kasvien seleenipitoisuus oli tasolla, johon lannoituksella pyritään (0,1 mg/kg).  Vaikuttaakin siltä, että Savijoen valuma-alueen viljelijät käyttävät huomattavassa määrin lannoitteita, jotka eivät sisällä seleeniä. Toivottavasti he ottavat asian huomioon kotieläintensä ruokinnassa.

Kipsikäsittelyn jälkeisen näytteenoton aika on nyt käsillä. Maaperänäytteet otetaan nyt keväällä ennen toukotöiden alkua ja kasvustonäytteet alkukesästä. Näiden tulosten analysoinnin jälkeen voimme jo arvioida, kuinka kipsi vaikuttaa maaperässä ja peltojen kasvustossa.

Professori Markku Yli-Halla
Maaperä- ja ympäristötiede
Helsingin yliopisto

Ammattimiesten arvioita kipsin levityksestä

Samuli Puroila, Projektityöntekijä, Helsingin yliopisto, p. 02941 58049, samuli.puroila (a) helsinki.fi
Samuli Puroila, Helsingin yliopisto

Viimesyksyinen kipsitysurakka teetti työtä monella taholla. Hankkeen vetäjät, viljelijät ja logistiikan järjestelijät tekivät kaikki suuren työn levityksen onnistumiseksi. Yksi tärkeä taho hyvin menneen levitysvaiheen takana oli maatalousurakoitsijat, jotka kävivät suorittamassa itse levitystyön suurimmalla osalla pelloista. Heidän keräämät kokemukset ovat arvokkaita toimenpiteen jatkoa suunniteltaessa.

Neljä viidestä hankkeen viljelijästä teetätti levityksen urakoitsijoilla, loput levittivät kipsin pelloilleen itse.  Myös levitysalassa mitattuna urakoitsijoiden osuus oli 80 prosenttia. Heidän roolinsa oli siis merkittävä. Erityisen merkittävä rooli oli kolmella urakoitsijalla: Teemu Joutsalla, Antti Uotilalla ja Juha Uusituvalla. Kolmistaan he levittivät jopa kaksi kolmasosaa koko hankkeen kipsistä – yli neljä miljoonaa kiloa. Vastaavaa kokemusta kipsinlevityksestä saa hakea, ja siksi heidän ajatuksiaan kannattaa kuunnella. Ja mehän kuuntelimme.

SAVE-hankkeen urakoitsijat
Antti Uotila (vas.), Teemu Joutsa ja Juha Uusitupa urakoivat SAVE-hankkeessa. Kuva: Samuli Puroila

Kolmikon päällimmäiset tuntemukset kipsinlevityksestä olivat positiiviset ja hyvin samankaltaiset. Kipsi oli ollut tasalaatuista ja ”mukavaa, köykäistä levitettävää”, minkä takia levitys oli miesten mielestä mennyt erityisen sujuvasti. Verrattuna kalkkiin kipsi oli helpompaa juuri keveyden ja tasalaatuisuuden vuoksi.  Kipsi ei myöskään ollut moksiskaan varastoinnista pellon laidassa ennen levitystä, ja kipsin peittämistä ainakin kuivana syksynä he pitivät turhana. Kipsi oli lisäksi pöllynnyt heidän mielestään yllättävän vähän.

Kaiken kaikkiaan siis varsin helppoa tavaraa ammattilaisten mielestä!

Itse urakka oli kolmikon jäsenillä kaikilla hieman erilainen. Uotila ja Uusitupa levittivät kipsiä iltaisin ja viikonloppuisin, Joutsa myös arkipäivisin. Tilojen koot vaihtelivat Uotilan levittäessä pääasiassa yhdelle suurelle tilalle Joutsan ja Uusituvan käydessä levittämässä lukuisilla erikokoisilla tiloilla. Tämä monipuolisuus sataa suoraan hankkeemme kokemuslaariin. Levityksen nopeus oli vaihdellut paljon mm. peltolohkon ja kipsin varastointipaikan välisen etäisyyden mukaan, mutta yleisesti ottaen levitys sujui oikein hyvin. Suuremmastakin urakasta olisi selvitty.

Toki Joutsa, Uotila ja Uusitupa olivat panneet merkille erityisen suotuisat levityskelit viime syksynä. Hankkeella kävi tuuri kelien kanssa, siitä me tutkijat olemme urakoitsijoiden kanssa yhtä mieltä. Sateisena syksynä levitys olisi vähintäänkin ollut huomattavasti hitaampaa. Erityisen huonoilla keleillä osa kipsistä olisi urakoitsijoiden arvioiden mukaan saattanut jäädä syksyn osalta levittämättä.

Hyvät kelit olivat siunaus hankkeellemme, jossa iso määrä kipsiä piti saada levitettyä lyhyessä ajassa. Toimenpiteen laajempaa käyttöönottoa ajatellen Suomen ilmaston ei kuitenkaan tarvitse muuttua. Kipsi saadaan kyllä levitettyä sateistenkin syksyjen koittaessa. Tähän ammattimiehillä oli vankka usko.

Yksi syy, minkä takia kolmikko lähti mukaan hankkeeseen, oli silkka kiinnostus: millaista tavaraa kipsi on, ja kuinka iso pilottihanke pyörii. Näihin kysymyksiin syksy toi vastaukset. Nyt mielenkiinto on kääntynyt kohti hankkeen tuloksia – niistä riippuu urakoitsijoidenkin usko kipsikäsittelyyn. Tulosten ollessa toivottuja uskaltavat he varmasti suositella toimenpidettä muillekin.

Siilinjärven Alpit

Samuli Puroila, Projektityöntekijä, Helsingin yliopisto, p. 02941 58049, samuli.puroila (a) helsinki.fi
Samuli Puroila, Helsingin yliopisto

Vierailimme Eliisan kanssa toukokuussa kipsin alkulähteellä Itä-Suomessa. Yara Suomi Oy oli kutsunut meidät tutustumaan kipsin syntyprosessiin ja toimintaansa Siilinjärvellä. Ohjelmaan kuuluivat vierailut fosforihappotehtaalla, kipsivuoren huipulla ja valtavalla apatiittikaivoksella sekä antoisat keskustelut toiminnasta tehtaanjohtaja Taisto Koivumäen johtaman ryhmän kanssa. Retki antoi runsaasti lisätietoa kipsin soveltuvuudesta hankkeemme ja ennen kaikkea Saaristomeren tarpeisiin.

Apatiittikaivos Siilinjärvellä on Suomen suurin avolouhos, josta nousee maanviljelylle elintärkeää fosforia. Apatiittimalmia on louhittu Siilinjärvellä vuodesta 1979, ja louhos on ehtinyt saavuttaa 37 vuodessa vaikuttavat mitat: 3000 metriä pituutta, 800 metriä leveyttä ja 240 metriä syvyyttä.

IMG_20160523_112101
Tältä näyttää Suomen suurin avolouhos. Vastakkaiselle puolelle on matkaa yli 3 kilometriä. Kuva: Samuli Puroila

Apatiittiesiintymä löydettiin jo vuonna 1950. Vuonna 1969 alueella aloitti toimintansa fosforihappo- ja lannoitetehdas, jonka raaka-aineena kaivoksen apatiitista jalostettua fosforihappoa käytetään. Apatiittia liuotetaan tuotantoprosessissa rikkihappoliuoksella, jolloin saadaan fosforihappoa. Tämän prosessin sivutuotteena syntyy kalsiumsulfaattia eli kipsiä, ja vieläpä aika runsaasti. Kipsiä syntyy noin viisinkertainen määrä fosforihappoon verrattuna.

fosforihappotehdas
Kipsiä pestään vedellä, jotta siihen jäänyt fosforihappo saadaan pois. Tämän jälkeen kipsi kuivataan isolla imusuodattimella, irrotetaan suodatinkankaasta ruuvilla ja kuljetetaan liukuhihnalla kasan päälle. Kipsikasan läheisyydessä voi nähdä altaan, joka on osa suljettua vesikiertoa. Kipsikasan valumavedet kerätään talteen ja niiden sisältämä fosfori hyödynnetään prosessissa. Kuvat: Samuli Puroila

Sivutuotteena syntyvälle kipsille on tehtaan historian aikana löydetty vain vähän käyttötapoja syntyneeseen määrään nähden. Kipsiä on tästä johtuen kasattu alueella olevalle loppusijoituspaikalleen toiminnan alusta alkaen. Kuten louhitusta kuopasta, on kipsikasasta muodostunut vuosikymmenien toiminnan aikana varsin suuri. Lempinimen Siilinjärven Alpit saanut vuori koostuu arviolta 55 – 60 miljoonasta tonnista kipsiä. Vuorta maisemoidaan kasveilla ja sen laella viljellään kauraa. Nämä toimenpiteet auttavat sitomaan kipsin paremmin kasaan. Hankkeessamme tarvittavat noin 6000 tonnia kipsiä syntyy tehtaalla vaivaisessa 1,5 päivässä. Jos kasan kaiken kipsin levittäisi vesiensuojelutarkoituksessa (4 t / ha) viljelymaille, riittäisi sitä 15 miljoonalle hehtaarille. Koko Suomessa peltoa on vertailun vuoksi 2,3 miljoonaa hehtaaria.

DSC_0507
Fosforihappotehtaalta kulkeva liukuhihna tuo päivittäin tonneittain lisää kipsiä kasan päälle. Kuva: Samuli Puroila

Jos käyttötavat kipsille ovat muuten olleet vähissä, niin Etelä-Suomen rannikkovesien laadun parantamiseen me uskomme sen soveltuvan erinomaisesti. Kuten aikaisemmista blogikirjoituksista käy ilmi, kipsi on oivallinen maaperän rakenteen parantaja ja fosforipäästöjen hillitsijä. Kipsin levitys on kustannustehokas maatalouden fosforihuuhtoumaa hillitsevä toimenpide ja kiertotaloutta parhaimmillaan. Mutta ei vesiensuojeluunkaan mikä tahansa kipsi käy. Iso osa maailman fosfaattivarannoista on sedimenttistä alkuperää sisältäen huomattavia määriä mm. raskasmetalleja. Siilinjärven fosfaattivarannot ovat puolestaan magmaattista (vulkaanista) alkuperää ja siten erittäin puhtaita. Tämä takia siilinjärveläinen kipsi soveltuu erinomaisesti levitettäväksi pelloille.

DSC_0511
SAVE-hanke tutustumassa toimintaan kipsivuoren päällä. Kuva: Eliisa Punttila

Siilinjärveltä on globaalissa mittakaavassa myös aika lyhyt matka Varsinais-Suomeen. Pilotissamme tuo matka taitetaan kuorma-autoilla. 6000 tonnia kipsiä vaatii noin 150 täysperävaunullista rekkaa ajamaan halki Suomen. Myös junakuljetusta kipsin kuljetukselle pohdittiin, mutta välivarastoinnin ja useamman lastauskerran vuoksi se ei kuitenkaan ollut kannattavaa tämän hankkeen mittakaavassa. Laajamittaisen kipsinlevityksen toteutuessa tulevaisuudessa on muidenkin kuljetusmuotojen pohtiminen ajankohtaista. 150 kuorman organisointi on mittava rypistys, muttei osaavien tahojen käsissä lainkaan ylitsepääsemätön. Yaran logistiikkaosasto, maatalouskauppa Hankkija ja kuljetusyhtiö Movere hoitavat kuljetuksia ammattilaisten ottein, ja kipsikuormia kulkee akselilla Siilinjärvi-Lieto-Paimio todennäköisesti tämän kirjoituksen ilmestymishetkelläkin. Myöhemmin syksyllä saamme sitten tietää, onko tästä logistisesta ponnistuksesta ollut hyötyä, ja voiko Siilinjärven Alpit auttaa Saaristomeren kirkastamisessa.

Kiitos Yaran Seija Luomanperälle, Taisto Koivumäelle, Ilpo Pöyhöselle ja Tuomas Girsénille vierailun järjestämisestä sekä opeista, joihin tämäkin kirjoitus perustuu.

Tutkija kipsissä

Vanha keino vai pussillinen uusia?

Petri Ekholm, Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus

Maatalouden fosforipäästöt ovat laskeneet, mutta eivät riittävästi vesien kannalta. Tehokkaille fosforin vähennysmenetelmille on siis tarvetta. Maatalouden vesiensuojelutoimet voitaneen jakaa kolmeen ryhmään. Ensimmäiseen kuuluvat ikivanhat toimet, joilla parannetaan maan kasvukuntoa ja rakennetta, jolloin hyvän sadon mukana poistuu paljon ravinteita ja maa kestää eroosiota. Toinen ryhmä koostuu ympäristökorvausjärjestelmästä tutuista menetelmistä, esimerkiksi talviaikaisesta kasvipeitteisyydestä, tasapainoisesta lannoituksesta, kosteikoista ja suojavyöhykkeistä. Kolmas ryhmä voitaisiin nimetä nykyjargonin mukaisesti innovatiivisiksi menetelmiksi, joissa esimerkiksi teollisuuden sivuvirtojen avulla estetään ravinnepäästöjä.

Peltojen kipsikäsittely voisi kuulua kaikkiin kolmeen ryhmään. Kipsiä on käytetty iät ajat maan rakenteen parantajana, mutta sen käyttö fosforipäästöjen hillitsijänä on uutta, ja olisi suotavaa, että se kuuluisi ympäristökorvauksen piiriin. Vantaanjoen latvoilla sijaitsevan Nummenpään kylän pelloilla tehdyssä pilotissa[1] kipsi vähensi sekä liuenneen että maa-ainesfosforin kulkeutumista pelloilta vesiin ja sitoi maahan hiiltä. Se vaikutti soveltuvan tilalle kuin tilalle ja oli muihin fosforin vähentämismenetelmiin verrattuna ylivoimaisen kustannustehokas.

Kipsiä levitetään Nummenpään pelloilla tehdyssä pilotissa. Kuva: Sakari Alasuutari

Savijoesta Savejoki

Nummenpään lupaavia tuloksia koetellaan Lounais-Suomen Savijoella. SAVE-hankkeen perusidea on yksinkertainen: levitetään kipsiä pelloille niin laajalti, että tulokset kertovat luotettavasti kipsin tehon ja mahdolliset haittavaikutukset sekä antavat tietoa siitä, miten kipsin kuljetus ja levitys käytännössä onnistuvat ja miten viljelijät menetelmän kokevat.

Kipsin vaikutuksen arvioimiseksi Savijoen perusnäytteenottoa on täydennetty asentamalla jatkuvatoimiset vedenlaatuanturit Savijoen keskijuoksulle Yliskulmaan ja Parmanharjulle. Lisäksi joesta otetaan runsaasti vesinäytteitä, joista analysoidaan monenlaisia vedenlaatua kuvaavia muuttujia. Alueelle pyritään houkuttelemaan myös muuta tutkimusta synergiaetujen vuoksi, ja niinpä esimerkiksi torjunta-aineiden kulkeutumista tutkitaan tehostetusti Savijoella. Parhaillaan Savijoen seurannassa on menossa ennen kipsiä –jakso, johon kipsin levityksen jälkeisen ajan tuloksia tullaan vertaamaan.

Savijoen virtaamaa mitataan ns. pöytäsuolamenetelmällä Kuva: Petri Ekholm

Odotettavissa kirkastuvaa

Jos kipsin levitys toteutuu suunnitellusti syksyllä 2016, Savijoen keskijuoksun vesi lienee tulevana syksynä aiempaa kirkkaampaa, mutta yläjuoksun kipsitön vertailualue pysyy totutun sameana. Tutkimuksessa, joka tehdään säiden armoilla, voi sattua yllätyksiä. Syksy 2016 voi olla vaikkapa ennätyksellisen kuiva, mikä kyllä helpottaisi kipsin levitystä, mutta jokivesi olisi kirkasta ilman kipsiäkin. Päivästä, viikosta, kuukaudesta ja vuodesta toiseen vaihtelevat sääolot pyritään ottamaan huomioon tilastotieteellisellä mallilla. Perusideana on vedenlaadun suhteuttaminen veden virtaukseen ja oletuksena se, että tietyn suuruisella virtauksella jokivesi on kipsin levityksen jälkeen kirkkaampaa kuin se oli ennen kipsiä vastaavansuuruisella virtaamalla. Vedessä olisi vähemmän niin maahiukkasiin sitoutunutta kuin suoraan rehevöittävää liuennutta fosforia. Jos näin todella tapahtuu eivätkä esimerkiksi sulfaatin toksisuustestit paljasta epämiellyttäviä yllätyksiä, tulokset antavat hyvän tietopohjan vieläkin laajemman kipsikäsittelyn toteuttamiseen. Niin laajan, että rannikkovesiin päätyvän fosforin määrää saadaan kunnolla vähennettyä, ja ehkä Saaristomeren rannikkovedetkin vähitellen kirkastuvat.

[1] Kipsipohjaiset tuotteet maatilojen fosforikuormituksen vähentämiseen, TraP-hanke (2007–2013)