Peltomaan käsitteleminen kipsillä, rakennekalkilla tai ravinnekuiduilla on osoittautunut lupaavaksi ensiavuksi eroosion ja siihen liittyvän ravinnekuorman hillitsemisessä. Nämä aineet lisäävät maahiukkasten murustumista ja siten vähentävät valumavesien mukana kulkeutuvan maa-aineksen ja sen pinnoille pidättyneen fosforin päätymistä vesistöihin. Kaikilla kolmella aineella on omanlaisensa vaikutus maahan, joten aineen valinta ei ole yhdentekevää käsittelyn hyödyllisyyden kannalta. Maanparannuskäsittelyn tarpeellisuutta arvioitaessa on hyvä huomioida myös pellon vesistökuormitusriski, jotta rajalliset maanparannusainevarannot saadaan kohdennettua mahdollisimman vaikuttavasti.

Maanparannusaineiden yhteiskäytön mahdollisuudet – kiertotaloutta ja maanhoitoa (AIN3) -hankkeessa laadittiin laskentamenetelmät pellon kuormitusriskin tunnistamiseksi ja sopivimman maanparannusaineen valitsemiseksi.

Hankkeen pääosassa on valuma-aluetasoinen tarkastelu kipsin, rakennekalkin ja ravinnekuidun rinnakkaiskäytön vesiensuojeluhyödyistä. Näitä aineita levitettiin elo-syyskuun vaihteessa 2024 Liedon Savijoen valuma-alueen keskiosassa yhteensä 423 peltohehtaarille. Levityksiä edelsi sekä kohdelohkojen että niille sopivien aineiden valinta, joissa keskeistä oli paitsi mahdollisimman suuren vesiensuojeluhyödyn tavoittelu myös viljelylohkojen tasavertainen huomioiminen. Tämä edellytti säännönmukaisten perusteiden laatimista aineiden sopivuudesta ja pellon käsittelytarpeesta.

Peltolohkon vesistökuormituksen riski ja maanparannusaineiden soveltuvuus arvioitiin asiantuntijatyöpajoissa. Työ pohjautui aiempaan tutkimustietoon kipsin, rakennekalkin ja ravinnekuidun vaikutusmekanismeista sekä vesistökuormituksen vähenemisestä aineita käytettäessä huomioiden pellon ominaisuudet. Työpajoissa laadittiin laskentamenetelmät, joilla peltolohkolle saadaan määritettyä maanparannusaineen käyttötarpeesta kertova riskiluokka (0–3) ja jokaiselle maanparannusaineelle sen sopivuutta kuvaava lukuarvo (0,0–1,0).

Maanparannustoimet sinne, missä hyöty on suurin

Arvio peltolohkon vesistökuormitusriskistä muodostettiin pellon viljavuusuuttoisen fosforin pitoisuudesta (P-luku), maamurujen kestävyydestä, lohkon eroosiopotentiaalista ja pellonkäytöstä (ks taulukko alla).

Fosforin viljavuus tulkittiin siten, että yli 20 mg/l pitoisuudet tuottavat suuren riskin, kun taas alle 6 mg/l pitoisuuksilla riski on pieni. Maamurujen kestävyyden arviointi perustui märkäseulontaan ja luokituksessa käytettiin mittarina seulonnassa irronneen maa-aineksen veteen tuottamaa sameutta (NTU-yksikkö). Tämä on tutkimuksellinen menetelmä, joka ei ole yleisesti saatavilla. Murukestävyyden testaukseen on kuitenkin kehitetty muun muassa erilaisia mobiilisovelluksia, joiden käyttökelpoisuutta märkäseulonnan korvaajana voidaan testata tulevaisuudessa.

Peltolohkokohtainen eroosiopotentiaali määritettiin RUSLE-eroosiomallin avulla. RUSLE on maailmanlaajuisesti käytetyin eroosiomalli, ja se perustuu laajaan määrään mittaustietoa. Mallia on testattu myös suomalaisilla mittausaineistoilla, ja se on osoittautunut toimivaksi myös Suomessa.

Eroosiopotentiaalin arvioinnissa huomioitiin sadanta, maalaji ja maanpinnan muodot. Kasvillisuudeksi ja maanmuokkaustoimenpiteeksi oletettiin kaikille peltolohkoille kevätvilja ja normaali syyskyntö. Näin laskettu eroosiopotentiaali kuvaa pitkän aikavälin keskimääräistä tasoa, ja mahdollistaa peltolohkojen keskinäisen vertailun.

Savijoen valuma-alueen keskiosan peltolohkojen keskimääräiseksi eroosiopotentiaaliksi arvioitiin 1 420 kiloa hehtaaria kohti vuodessa, mutta arvo vaihteli lohkokohtaisesti ja lohkojen sisällä.

Eroosioriskiin vaikuttaa oleellisesti maanmuokkaus, jonka vaikutus vesistökuormitusriskiin huomioitiin pellonkäyttöön liittyvässä tekijässä. Kokonaisarvio pellon vesistökuormitusriskistä laskettiin osa-alueiden painotettuna keskiarvona. Arviossa käytettiin seuraavia painokertoimia: P-luku 30 prosenttia, sameus 30 prosenttia, eroosiopotentiaali 20 prosenttia ja pellonkäyttö 20 prosenttia. Hankkeen kohdealueella Savijoella maanparannuskäsittelyt rajattiin suurimman riskiluokituksen (2–3) saaneille lohkoille.

Maan ja aineen ominaisuuksien yhteensopivuus

Maanparannusaineiden valinta peltolohkolle aloitettiin määrittämällä poissulkevia raja-arvoja, joilla pyrittiin varmistamaan, ettei aineista aiheudu pellon kasvukuntoa heikentäviä vaikutuksia ja ettei aineita tulisi levitettyä lohkoille, joilla niistä ei ole odotettavissa lainkaan vaikuttavuutta. Poissulkevien rajojen ylittyessä tai alittuessa ominaisuudesta riippuen, ainetta ei suositella levitettävän kyseiselle peltolohkolle.

Aineen lisäyksestä saatavan hyödyn suuruutta käsiteltävällä peltolohkolla kuvattiin nollan ja ykkösen välillä liukuvilla sopivuusluvuilla. Sopivuuslukujen määrittämisessä huomioitiin maanparannusaineiden toimintamekanismit ja vastaanottavan maan keskeiset ominaisuudet seuraavan sivun taulukon mukaisesti.

Sopivuusluku nolla kertoo lisäyksestä saatavan hyödyn olevan merkityksettömän vähäinen. Esimerkiksi kuituja ei kannata levittää runsasmultaisille maille. Sopivuusluvulla yksi puolestaan aineesta saadaan täysi hyöty. Esimerkiksi kipsin lisäys hyödyttää alhaisen johtoluvun maita (JL<0,75), joiden mururakenteen kestävyyttä liukoisten suolojen lisäys parantaa.

Kun jokaiselle yksittäiselle tarkastellulle ominaisuudelle oli määritetty sopivuusluku, laskettiin kokonaissopivuus näiden lukujen painotettuna keskiarvona käyttäen yllä olevassa taulukossa esitettyjä painokertoimia. Kunkin aineen kohdalla määräävin tekijä sai painoarvon 0,65 ja muut kahdesta kolmeen sopivuutta tukevaa tekijää arvotettiin pienemmillä painokertoimilla. Mitä lähemmäksi ykköstä sopivuusluku asettuu, sitä paremmin aine sopii kyseiselle pellolle. Vastaavasti sopivuusluvun lähestyessä nollaa aineen sopivuus pellolle huononee.

Hankkeessa lohkolle valittiin aine, jonka sopivuusluku oli suurin. Sopivuusluvun tuli kuitenkin olla vähintään 0,6 käsittelyn toteuttamiseksi.

Kipsi kasvattaa johtolukua

Kipsin eli kalsiumsulfaatin (CaSO₄) maanparannusvaikutus perustuu maan suolavahvuuden kasvuun, josta kertoo maan johtoluku. Maaveden suolapitoisuuden kasvaessa maahiukkasia ympäröivä vesikerros ohenee, mikä helpottaa hiukkasten yhteenliittymistä yhdessä kalsiumkationien (Ca²⁺) rakennetta lujittavan vaikutuksen kanssa. Liiallinen suolapitoisuus ei kuitenkaan ole tavoiteltavaa, ja kipsilisäyksen vesistökuormitusta hillitsevä vaikutus hiipuu maan johtoluvun ylittäessä 1,75.

Kipsissä maahan tuleva sulfaatti (SO₄^2-) liikkuu veden mukana ja vie huuhtoutuessaan vastaavan varausmäärän kationeja. Koska lisätty Ca²⁺ osittain syrjäyttää maan negatiivisesti varautuneille kationinvaihtopaikoille pidättyneitä muita kationeja, lisää kipsikäsittely magnesiumin (Mg) ja pienessä määrin myös kaliumin (K) huuhtoutumista. Tästä johtuen kipsi on poissuljettu peltolohkoilta, joiden magnesiumpitoisuus on huono tai huononlainen tai kalsiumpitoisuus arveluttavan korkea. Kalsiumin ja etenkin magnesiumin määrät on huomioitu myös sopivuusluvun määrityksessä niin, että maan viljavuustilan tavoite olisi näiden kationien osalta tyydyttävä tai hyvä myös käsittelyn jälkeen.

Maan pH saattaa kipsilisäyksen johdosta tilapäisesti laskea. Happamuuden haitallisten vaikutusten takia kipsi on poissuljettu lohkoilta, joiden pH alittaa 5,5. Maan happamuus huomioidaan myös sopivuusluvussa pienellä painoarvolla.

Rakennekalkista ja ravinnekuiduista poiketen kipsilisäyksen on havaittu vähentävän myös liukoisen fosforin huuhtoutumista, minkä vuoksi se on erityisen sopiva korkeampien P-lukujen maille. P-luku ei ole kuitenkaan sopivuuslaskennassa kipsillä tarkasteltavana tekijänä, koska rakennekalkin ja kuitujen kohdalla suuret P-luvut huonontavat sopivuutta ja aineiden sopivuuden erottelu P-luvun osalta toteutuu sitä kautta.

Rakennekalkki vähentää happamuutta ja parantaa maan rakennetta

Rakennekalkitus kasvattaa maan suolavahvuutta kuten kipsikäsittelykin. Siten näiden aineiden maan rakennetta vahvistava vaikutustapa on yhdenmukainen ja maan johtoluku on molemmilla aineilla sopivuusarvioinnin määräävin tekijä. Rakennekalkituksella ei oleteta olevan vaikutusta liukoisen fosforin huuhtoumaan, vaan toimintamekanismi on yksinomaan maan rakennetta vahvistava. Toimenpide onkin poissuljettu mailta, joilla savespitoisuus on liian vähäinen kestävän mururakenteen muodostumiselle.

Rakennekalkissa kalsiumin vastaparina on kipsin sulfaatin sijasta neutraloitumisreaktioissa vaikuttava karbonaatti- tai hydroksyylianioni (lopputuotteina ovat hiilidioksidi ja vesi), minkä vuoksi rakennekalkitus ei aiheuta samanlaista suolahuuhtoumaa kuin kipsikäsittely. Rakennekalkitus tuo peltoon kuitenkin suuren määrän kalsiumia, joten kationitasapaino on huomioitu myös rakennekalkin sopivuutta arvioitaessa.

Happamuuteen rakennekalkin vaikutus on kipsiin verrattuna päinvastainen, eikä toimenpidettä siksi kannata suunnata lähellä neutraalia oleville maille. Happamilla mailla pH:n nousun positiivinen vaikutus maan biologiseen aktiivisuuteen ja kasvien kasvuun voi sen sijaan auttaa maan rakenteen parantumisessa. Toisaalta pH:n nousu voi lisätä maan orgaanisen aineksen ja fosforin liikkuvuutta, minkä vuoksi toimenpiteen sopivuutta runsasmultaisille ja suuren P-luvun maille on rokotettu pienillä painokertoimilla.

Ravinnekuidun hiili on mikrobien ravintoa

Ravinnekuidun maanparannusvaikutus perustuu orgaaniseen ainekseen, joka muuntuu mikrobihajotuksen toimesta maahiukkasia yhteen sitoviksi liima-aineiksi. Ravinnekuiduista suurin hyöty on odotettavissa maissa, joissa orgaanista ainesta on niukasti, erityisesti suhteessa maan murujen muodostuksessa keskeisen savesaineksen määrään. Siksi sopivuusarvioinnissa pääpaino on maissa, joissa on yli 15 prosenttia savesta ja joissa on vähän orgaanista ainesta suhteessa saveksen määrään.

Kun hiiltä on paljon suhteessa savekseen (saves/hiili < 8), orgaanisen aineksen lisäyksestä ei ole todennäköisesti saatavissa erityistä rakenteellista lisähyötyä (poissulkeva raja). Suhdeluvun kasvaessa toimenpiteen sopivuus paranee. Karkeilla mailla, joilla murunmuodostus ei ole merkityksellistä, orgaanisen aineksen lisästä on hyötyä muun muassa ravinteiden pidättymiselle. Runsasmultaisille maille ulkopuolista kuitulisää ei ole kuitenkaan syytä suunnata.

Ravinnekuidut tuovat mukanaan maahan jonkin verran fosforia, minkä vuoksi niiden käyttöä on syytä rajoittaa suuren P-luvun mailla. Orgaaniset yhdisteet saattavat myös pienessä määrin vapauttaa pinnoille pidättynyttä fosforia. Johtoluku ei ole ravinnekuitujen tapauksessa samalla tavalla merkityksellinen kuin kipsillä ja rakennekalkilla, mutta sen mukaantuominen pienellä painoarvolla lisäsi laskennan erottelukykyä.

Tie tutkimuksesta käytäntöön

Koska kipsiä, rakennekalkkia ja ravinnekuituja ei ole aiemmin verrattu rinnakkain samoissa olosuhteissa, tarkkojen raja-arvojen asettaminen oli haasteellista. Esitettyjä laskentaperusteita onkin tarkoitus tarkentaa tiedon kertymisen myötä. Laskentatyökalut luotiin palvelemaan ensi sijassa hankkeen tutkimuksellista tarvetta, minkä vuoksi mukaan otettiin joitakin muuttujia, joiden analyysi ei sisälly viljavuustutkimukseen tai ei ole kaupallisesti saatavilla. Kehitetyt työkalut eivät siten ole vielä suoraan sovellettavissa neuvontaan, mutta edellä esitettyjen valintaperusteiden huomioiminen toivottavasti auttaa ohjaamaan maanparannustoimia ilman varsinaisen laskennan suorittamistakin.

Valintamenetelmä auttaa viljelijää valitsemaan ympäristöllisesti parhaan maanparannusaineen kullekin peltolohkolle. Valintaan vaikuttavat sopivuuden ohella myös muut tekijät kuten aineen saatavuus ja hinta sekä mahdollinen yhteiskunnan tarjoama taloudellinen tuki. Yhdistämällä sekä valintamenetelmän antaman tuloksen että muut valintaan vaikuttavat tekijät viljelijä voi muodostaa kokonaiskuvan maanparannusaineen käyttötarpeesta ja -mahdollisuudesta. ◻

Kirjoittajista Keskinen, Soinne, Uusitalo, Räsänen ja Uusi-Kämppä ovat erikoistutkijoina, Nikama tutkimusinsinöörinä ja Hyväluoma tutkimusprofessorina Luonnonvarakeskuksessa, Ekholm johtavana tutkijana Suomen ympäristökeskuksessa ja Bergholm ympäristöasiantuntijana Varsinais-Suomen ELY-keskuksessa.

Lisätietoa maanparannusaineista: Kipsi, kuitu ja rakennekalkki-opas viljelijöille, videoita ja linkkejä hankkeisiin

proagria.fi/hankkeet/kipsikuiturakennekalkki

AIN3-hanke on saanut avustusta ympäristöministeriön Ahti-ohjelmasta.