Täydennysojituksen vaikutus valuntaan ja ravinnehuuhtoumiin savimaassa

Jokioisilla sijaitseva Nummelan koekenttä otettiin salaojatutkimuskäyttöön 1950-luvulla. Vuonna 2007 alkaneessa tutkimuksessa koealue jaettiin neljään eri peltolohkoon, joiden kokonaisala on noin 9 hehtaaria. Peltoalueen keskikaltevuus on noin 1% ja maaperä on pääosin aitosavea. Koekentän ominaisuudet on esitetty yksityiskohtaisesti tutkimusraporteissa [1-3]. Viljelykasvit ja -menetelmät ovat vaihdelleet kasvukausittain, mutta eivät samana kautena neljän peltolohkon välillä. Tutkimusvuosien (2007–2016) aikana peltoalueella on viljelty rehuohraa tai -kauraa.

Kaikilta peltolohkoilta (lohkot A–D) on mitattu salaoja- ja pintakerrosvaluntaa huhtikuusta 2007 lähtien. Valumavesistä on otettu kokoomanäytteitä, joista on määritetty kokonaisfosforin, liukoisen epäorgaanisen fosforin, kokonaistypen ja nitraatti- ja nitriittitypen pitoisuudet sekä haihdutusjäännös (kiintoainepitoisuus). Koekentällä on mitattu sadantaa, lumen ja roudan syvyyttä sekä lumen vesiarvoa. Peltolohkoilla on seurattu pohjavedenpinnan korkeutta sekä maan kosteutta pintamaakerroksesta (0-30 cm kerros). Vuodesta 2008 lähtien kasvukauden sadon määrä ja laatu on analysoitu viidestä rinnakkaisesta satonäytteestä peltolohkoittain.

Vuonna 1954 salaojat asennettiin 1 m syvyyteen 16 m (lohkot A–C) ja 32 m (lohko D) ojavälein. Maan kuivatusta tehostettiin täydennysojittamalla 16 metrin ojavälin alue C kesäkuussa 2008. Uudeksi ojaväliksi tuli 8 m, kun vanhojen imuojien väliin asennettiin uusi imuoja. Täydennysojitus tehtiin kaivavalla salaojakoneella ja ojat asennettiin 1 m syvyyteen. Ympärysaineena käytettiin soraa noin 30 cm salaojaputken päällä, minkä lisäksi tehtiin sorasilmäkkeitä 7-8 metrin välein. Märkyydestä kärsivän harvimman ojavälin alue D myöhästytti koko koekentällä samaan aikaan tehtäviä kylvötöitä. Alue täydennysojitettiin kesäkuussa 2014, jolloin vanhojen ojien väliin asennettiin kaksi uutta salaojaa. Uudeksi ojaväliksi tuli 10,7 m. Täydennysojituksessa ympärysaineena käytettiin soraa ja lisäksi sorasilmäkkeitä. Ojitus tehtiin kaivavalla salaojakoneella.

Täydennysojituksen vaikutuksia on arvioitu ns. vertailualuemenetelmällä ja matemaattisia malleja käyttäen. Nummelan koealueiden ja koko koekentän vesitasetta, eri koealueiden välisiä hydrologisia riippuvuuksia ja salaojitusten toimintaa tutkittiin FLUSH-mallilla [4, 5]. FLUSH-mallilla on selvitetty myös salaojakaivannon merkitystä salaojavalunnan muodostumisessa [6] ja typen huuhtoumista syksyisin sadonkorjuun jälkeen [7].

Nummelan peltoalueen koekentän mittaustulokset osoittavat, että salaojituksen kuivatustehokkuuden lisäys ojaväliä pienentämällä edisti selvästi märkyydestä kärsineen pellon kuivumista ja siten maan kantavuutta keväällä. Tehokas kuivatus lisäsi salaojavaluntaa, minkä myötä kuormitus salaojista valtaojaan kasvoi. Pintakerrosvalunta ja sen mukana tullut kuormitus vähenivät parantuneen kuivatuksen myötä. Salaojavesistä analysoidut pitoisuudet eivät selvästi eronneet ennen ja jälkeen täydennysojitusten, typpipitoisuuksia lukuun ottamatta. Typpipitoisuudet nousivat selvästi ensimmäisenä vuonna täydennysojituksen jälkeen, jonka jälkeen ne laskivat.

Tutkimuksen mukaan suhteellisen tasaiseltakin savipellolta voi kulkeutua paljon sekä kiintoainetta että partikkelimaista fosforia vesistöihin pääasiassa salaojien kautta runsaasta salaojavalunnasta johtuen. Kuormitushuiput savimaissa ovat yhteydessä syysmuokkauksen jälkeisiin rankkasateisiin tai pitkiin sadekausiin ja leutoihin talviin. Yksittäisiä tutkimusalueita koskevien kuormitustulosten yleistäminen on hankalaa, sillä peltoalueet eroavat paljon kuormittavuuden suhteen maaperän ominaisuuksista ja viljelytoimenpiteistä johtuen samanlaisissakin sääolosuhteissa.

Ojitusmenetelmien vaikutusten osoittaminen edellyttää pitkäaikaista kokeellista tutkimusta peltoalueen mittakaavassa. Myös ojituksen toiminta muuttuu ajan myötä. Jatkossa tarvitaan panostusta mm. pinta(kerros)valunnan mittaamiseen ja pohjavesivalunnan arvioimiseen, jotta vesitaseesta saataisiin mahdollisimman tarkka käsitys. Kokeellisen tutkimuksen rinnalla laskennallinen tutkimus matemaattisia malleja käyttäen on oleellinen osa tämäntyyppisissä tutkimuksissa. Vesiensuojelun kannalta peltoviljelyssä tärkeitä on käyttää ja kehittää viljelymenetelmiä, joilla valumavesien ainespitoisuudet olisivat mahdollisimman pienet. Lisäksi salaojtustekniikkaa tulee kehittää vesistökuormituksen vähentämiseksi.

Tutkimus on osa TOSKA (”Toimivat salaojitusmenetelmät kasvintuotannossa”) -hanketta. Hanke jatkuu vuoden 2016 loppuun. Salaojituksen tutkimusyhdistys hallinnoi hanketta ja käytännön toimijat ovat Salaojayhdistys, Luke, Aalto-yliopisto, Sven Hallinin Tutkimussäätiö, Syke ja Helsingin yliopisto. Hankeen rahoittavat Salaojituksen Tukisäätiö, maa- ja metsätalousministeriö, Maa- ja vesitekniikan tuki ry ja hankkeeseen osallistuvat laitokset.

Kirjallisuus
[1] Vakkilainen P, Alakukku L, Myllys M, Nurminen J, Paasonen-Kivekäs M, Peltomaa R, Puustinen M, Äijö H. 2008. Pellon vesitalouden optimointi. Väliraportti 2008. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 29. 100 s.
[2] Vakkilainen, P, Alakukku L, Koskiaho J, Myllys M, Nurminen J, Paasonen-Kivekäs M, Peltomaa R, Puustinen M, Äijö H. 2010. Pellon vesitalouden optimointi. Loppuraportti 2010. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry.n tiedote 30. 112 s. + liitteet 46 s.
[3] Äijö H, Myllys M, Nurminen J, Turunen M, Warsta L, Paasonen-Kivekäs M, Korpelainen E, Salo H, Sikkilä M, Alakukku L, Koivusalo H, Puustinen M. 2014. PVO2-hanke. Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi. Loppuraportti 2014. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 31. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry. Helsinki. 105 s.
[4] Turunen M, Warsta L, Paasonen-Kivekäs M, Nurminen J, Myllys M, Alakukku L,
Äijö H, Puustinen M, Koivusalo H. 2013. Modeling water balance and effects of different subsurface drainage methods on water outflow components in a clayey agricultural field in boreal conditions. Agric. Water Manage. 121: 135-148.
[5] Turunen M, Warsta L, Paasonen-Kivekäs M, Nurminen J, Koivusalo H. 2015b. Simulating water balance and evapotranspiration in a subsurface drained clayey agricultural field in high latitude conditions. Acta Agric Scand. B. 65: 44-57.
[6] Salo H, Warsta L, Turunen M, Paasonen-Kivekäs M, Nurminen J, Myllys M, Alakukku L, Koivusalo H. 2016. Simulating 3-D water flow in subsurface drain trenches and surrounding soils in a clayey field. Soil and Tillage Research. Hyväksytty julkaistavaksi pienin muutoksin.
[7] Salo H., Warsta L., Turunen M., Paasonen-Kivekäs M., Nurminen J., Koivusalo H. 2015. Development and application of a solute transport model to describe field-scale nitrogen processes during autumn rains. Acta Agiculturae Scandinavica Section B Soil & Plant Science, Vol 65, No. Supplement 1: 30-43.