Happaman sulfaattimaapellon vesitalouden hallinta ja hapan kuormitus

Happamat sulfaattimaat (HaSu) ovat erinomaisia viljelysmaita, jos niiden kuivatus on riittävä ja muokkauskerroksen happamuutta on neutraloitu kalkituksen avulla. Vesistöjen kannalta HaSu-pellot ovat kuitenkin ongelmallisia, sillä niiden valumavesi on hyvin hapanta ja sisältää vesien ekosysteemeille haitallisia metalleja [1]. Syynä happamaan ja metallipitoiseen valumaveteen ovat HaSu-maiden sisältämät sulfidikerrokset. Kauan viljelyksessä olleilla pelloilla sulfideja eniten sisältävät maakerrokset sijaitsevat yleensä ojitussyvyyden alapuolella [2]. Pohjavesi saattaa kuitenkin laskea sulfideja sisältäviin maakerroksiin asti. Joutuessaan hapen kanssa tekemisiin sulfidit hapettuvat rikkihapoksi, joka aiheuttaa maan happamoitumista ja metallien mobilisoitumista maasta.

Happamuus ja haitallisen korkeat metallipitoisuudet ovatkin syynä siihen, että HaSu-alueiden vesistöjen ekologinen tila on korkeintaan tyydyttävä ja kemiallinen tila hyvää huonompi. Haitallisen kuormituksen vähentämiseksi sulfidien hapettumista pyritään estämään pohjaveden korkeutta säätämällä säätösalaojituksen ja altakastelun avulla. Altakastelussa pellon ojastoon pumpataan säätökaivon kautta vettä, kun pohjavesi laskee syvälle. Säätösalaojituksen ja altakastelun vaikutusta happaman kuormituksen vähentämiseen on seurattu käytännön viljelyksillä Vaasan seudulla Söderfjärdenissä vuodesta 2010 asti. Hanke alkoi EU Life+ CATERMASS -hankkeena (2010–2012) ja jatkui kotimaisen rahoituksen turvin BEFCASS-hankkeena vuosina 2014–2016. Tällä hetkellä koekenttää seurataan osana Interreg-rahoitteista VIMLA hanketta vuoteen 2018 asti.

Saatujen tulosten perusteella pellon pohjaveden korkeutta kyetään hallitsemaa säätösalaojituksen ja altakastelun avulla, kun oikovirtaus pelloilta valtaojaan on estetty vettäläpäisemättömään sulfidisavikerrokseen asti ulotetulla muovikalvolla [3]. Altakastelulla sulfidikerros on pysynyt pohjaveden alla ja säätöojituksella on pystytty lyhentämään olennaisesti aikaa, jolloin pohjavesi laskee sulfidikerrokseen [4]. Onnistuneesta pohjaveden hallinnasta huolimatta valumaveden happamuus ei ole vähentynyt merkittävästi. Suurin syy tähän lienee muokkauskerroksen alla olevat hapettuneet hyvin happamat maakerrokset, joihin varastoitunut happamuus huuhtoutuu ylläpitäen valumaveden happamuutta [5]. Seurantajakson aikana ei kuitenkaan ole sattunut yhtään äärimmäisen kuivaa kesää, eikä näin ollen menetelmien tehoa ole voitu testata kaikista kriittisimpänä ajankohtana. Vuoden 2014 syksyllä peltoja sivuava valtaoja perattiin, eikä altakastelua kyetty järjestämään veden puutteen vuoksi kesällä 2015. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, aiheuttiko kastelun puuttuminen happamuuden lisääntymistä verrattuna aiempiin vuosiin ja/tai muihin menetelmiin. Hypoteesina oli, että pohjavesi laskisi altakastelulohkolla aiempaa syvemmälle ja valumaveden happamuus lisääntyisi.

Kaikki koekentän lohkot on salaojitettu noin 20–40 m ojavälein 1,1 metrin syvyyteen. Vanhin salaojitus on tavanomaisesti salaojitetulla lohkolla (1949), joka on uusintaojitettu 2003 ja 2010. Säätösalaojitettu lohko on salaojitettu 2003 ja altakasteltu lohko 1998, ja kummallakin lohkolla on säätösalaojitus ollut käytössä salaojituksesta lähtien. Koelohkot on viljelty samalla tavoin. Viljelykasvi on vuosittain vaihdellut kevätvehnästä kevätohraan. Koelohkoilla on mitattu jatkuvatoimisesti salaojavirtaamaa ja pohjavedenpinnan korkeutta. Valumaveden happamuus, asiditeetti (SFS 3005), on määritetty kunkin lohkon säätökaivosta otetuista vesinäytteistä.

Valtaojan perkauksella ei näyttänyt olevan vaikutusta pohjaveden korkeuteen valtaojan perkausta seuraavana talvena. Päinvastoin leudon ja sateisen talven vuoksi pohjavesi nousi kevättalvella 2015 toistuvasti lähelle maanpintaa. Kesällä 2015 valtaojasta kuitenkin loppui vesi, eikä altakastelua kyetty järjestämään ja pohjavesi laski syvälle sulfidikerrokseen. Syksyllä altakastelulohkon veden asiditeetti oli suurempi kuin tavanomaisesti salaojitetun lohkon, jossa se oli poikkeuksellisen matala. Kuitenkin jo syksyllä 2016 pienimmät asiditeetit olivat taas altakastelulohkolla. Vuosittainen huuhtoutunut kumulatiivinen happamuus oli altakastelulohkolta pienempi kuin tavanomaisesti salaojitetulta lohkolta, ero oli keskimäärin 22% [6].

Saatujen tulosten perusteella näyttää siltä, että valtaojan perkaus vaikutti altakastelulohkon valumaveden happamuuteen heti seuraavana syksynä 2015. Kuitenkin, kun kastelu jatkui kesällä 2016 entiseen tapaansa, happamuus oli jälleen syksyllä 2016 pienempi kuin tavanomaisessa salaojituksessa. Tulosten perusteella näyttää siltä, että pohjaveden pitäminen sulfidikerroksen yläpuolella jatkuvasti on tärkeää. Valtaojien perkauksen yhteydessä tulisikin huolehtia, että vettä riittää mm. altakasteluun HaSu-alueilla. Kuiviin kesiin varautuminen varastoimalla vettä valtaojiin pohjapatojen avulla toisi lisää varmuutta altakastelun toteuttamiseen äärisääoloissa. Kokonaisvaltainen valuma-alueen vesitalouden tarkastelu ja toimenpiteiden suunnittelu ääriolosuhteita varten olisi tarpeen.

Kirjallisuus
[1] Åström, M. and Björklund, A. 1997. Geochemistry and acidity of sulphide-bearing postglacial sediments of western Finland. Environmental Geochemistry and Health 19: 155–164.
[2] Yli-Halla, M., Räty, M. and Puustinen, M. 2012. Varying depth of sulfidic materials: challence to sustainable management Geological Survey of Finland, Guide 56. [3] Österholm, P., Virtanen, S., Rosendahl, R., Uusi-Kämppä, J., Ylivainio, K., Yli-Halla, M., Mäensivu, M. and Turtola, E. 2015. Groundwater management of sulfide bearing farmlands using controlled drainage, by-pass flow prevention and subsurface irrigation on a Boreal farmland. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B – Plant Soil Science. No. Supplement 1, 110–120. [4] Virtanen, S., Uusi-Kämppä, J., Österholm, P. ja Yli-Halla, M. 2015. Pohjaveden säädön vaikutus pellon valumaveden happamuuteen happamilla sulfaattimailla. Maaperätieteen Päivät 2015. Pro Terra 67: p. 17–18.
[5] Virtanen, S., Simojoki, A., Uusi-Kämppä, J., Österhom, P. ja Yli-Halla, M. 2013. Happaman sulfaattimaan valumaveden asiditeetti ja alumiinipitoisuudet lysimetrikokeessa ja Söderfjärdenin koekentällä. Pro Terra 61: p. 112–113.
[6]Virtanen, S. Uusi-Kämppä, J., Österholm, P., Bonde, A., Yli-Halla, M. 2016. Potential of controlled drainage and sub-irrigation to manipulate groundwater table for mitigating acid loadings in Finnish acid sulfate soils. In ASABE: 10th Int. Drainage Symp. 6-9 September 2016, Minneapolis, Minnesota.