Muita maaperän typen määritysmenetelmiä

Hansen et ai (1991) ovat verranneet imukuppien, minilysimetrien, sentrifugoinnin ja KC1- uuton ominaisuuksia mineraalitypen määrittämiseksi maaperästä. Imukuppien avulla imetään maavettä kupin ympäristöstä maaperässä. Imetyn veden määrään ja kokoamisalueen kokoon vaikuttaa maaperän vedenjohtokyky sekä systeemiin säädetty alipaine. Minilysimetriin kerääntyy vettä, joka liikkuu maaperässä painovoiman vaikutuksesta. Hansen et ai ovat käyttäneet minilysimetreinä noin metrin syvyyteen upotettuja astioita, joiden tilavuus oli noin 20 litraa. Sentrifugoinnissa maavesi erotetaan maa-aineksesta tehokkuudella, joka riippuu sentrifugointivoimasta. KCl-uutossa maa-aineksesta erotetaan kaikki vesi, mutta lisäksi maa- aineksesta irrotetaan näin myös adsorboituneita aineita. Uutto kertoo siis käyttökelpoisen aineksen eikä maaveden sisältämän aineksen määrän. Nitraatin määrityksen tulos oli kaikilla neljällä menetelmällä hyvin samankaltainen kun taas ammoniumin määrityksessä oli suuria eroja. Imukupeilla saatu ammoniumin määrä oli selvästi pienempi, minkä arveltiin johtuvan siitä, että ne olivat keraamisia ja näin adsorboivat ammoniumkationeja. Suositeltavampi materiaali olisi teflon. Sentrifugointi antoi suurimmat ammoniumin määrät, minkä arveltiin johtuvan siitä, että sentrifugoinnissa maa-aineksen rakenne rikkoutuu ja ammoniumia tällöin vapautuu. Imukupeilla saatujen nitraatin määrien vaihtelukerroin oli pienempi kuin maanäytteistä mitatuilla nitraatin määrillä. Korkea pohjaveden pinta vaikuttaa imukupeilla saataviin tuloksiin nimenomaan hiekka- ja hietamailla. Lysimetrien antamat tulokset poikkeavat muilla menetelmillä saaduista tuloksista. Tämä johtuu siitä, että lysimetrit vaikuttavat veden virtaukseen maaperässä, kapillaarinen kontakti lysimetrin alaiseen maaperään katkaistaan. Hansen et ai :n artikkelissa viitataan Christensen et ai :n 1991 julkaistavaan tutkimukseen, jossa todetaan, että mikäli mittaussarjat ovat pitkiä (yli 1 vuosi)

antavat imukupit ja lysimetrit vertauskelpoisia tuloksia huuhtoutuvan typen määristä.

Hauck&Bremner (1976) ovat tutkineet merkkiaineitten käyttöä maaperän typen ja lannoitetypen tutkimuksessa. Alkuainetypestä tunnetaan kuusi isotooppia, joista vain kaksi

on pysyviä: 14N ja 15N. Radioaktiivisista nuklideista pisin puoliintumisaika on 13N- isotoopilla, mutta noin kymmenen minuutin puoliintumisaika on mielekkään kokeen järjestämiseksi liian lyhyt. 14N ja 15N-isotoopit esiintyvät luonnossa lähes vakiosuhteessa (272:1) ja merkkiainekokeet perustuvat siihen, että tämän suhteen muutokset maaperään lisätyn merkkiaineen johdosta voidaan määrittää näytteistä. Merkkiainekokeiden hyviä puolia ovat: ei-radioaktiivisuus ei aseta rajoituksia koeaikaan, merkkiaine voidaan tunnistaa yksiselitteisesti, kontrollikokeita ei tarvita, koejärjestely voidaan pitää pienemmässä mittakaavassa kun taustatietoja tarvitaan vähemmän. Haittapuolina mainitaan lähinnä sekä merkkiaineen (15N) että 15N-analyysiin tarvittavien laitteiden kalleus. Lisäksi tarvitaan analyysejä varten muita menetelmiä suuremmat näytteet. Analyysi tapahtuu siten, että näytteen sisältämä typpi muutetaan ammoniumiksi, joka hapetetaan typpikaasuksi (N2).

Typpikaasun isotooppisuhde määritetään massaspektrometrianalyysissä. Merkkiainekokeita on käytetty tutkittaessa mm. seuraavia typen kierron prosesseja: biologinen typensidonta, mineralisaatio-immobilisaatio, kasvien typenotto, denitrifikaatio ja typen liikkuminen maaperässä. Broadbent&Carlton (1980) ovat ehdottaneet, että kustannusten säästämiseksi voidaan 15N-rikastetun materiaalin sijaan käyttää 15N-köyhää merkkiainetta.

Steenvoorden et ai. (1986) ovat tutkineet keraamisten imukuppien käyttöä maa- nesteen typen konsentraation määrittämiseksi. Nurmimaalla, jolla on tasainen lannoitus, he katsovat neljän imukupin riittävän peltoa kohti. Lysimetrit sopivat pelto-olosuhteissa tapahtuvien prosessien tutkimiseen ainoastaan silloin kun juuristokerroksen kosteustila on samankaltainen kuin peltoympäristössä. Tutkimuksessaan he ovat todenneet, että vertailukelpoisuus ei ole hyvä, sillä lysimetrikokeissa pohjaveden korkeus on kiinteä ja pintavalunta estetään. Myös salaojien kautta tapahtuvan huuhtouman antamiin tuloksiin kokonaishuuhtouman arvioinnissa he suhtautuvat epäillen, sillä salaojista huuhtoutuvan veden viipymä maaperässä ei ole yhtenäinen. Nitraatin konsentraatio salaojasta virtaavassa vedessä ei kerro ainoastaan edellisen vuoden maan käytön vaikutuksista vaan myös edellisten vuosien maan käytön ja maaperän mikrobiologisen aktiviteetin vaikutuksista.

Bergström (1987) on verrannut lysimetreistä ja salaojaputkista huuhtoutuvan veden määriä ja todennut, että salaojaputkista tulevan veden määrä on 50-60% lysimetreistä suotautuvan veden määrästä.

Loveland et ai. (1991) ovat todenneet imukuppien käytön suurimpana ongelmana vaikeuden arvioida kuinka suurelta alalta maavettä imetään tietyllä paineella. Broadbent&

Carlton (1980) ovat tutkineet imukuppien pysyvää sijoittamista ja niiden toimintavarmuutta.

Kokeessa 384 kpl imukuppeja sijoitettiin 30-300 cm:n syvyyteen. Niiden toimintavarmuus todettiin hyväksi, sillä ainoastaan 1-2% vuodessa ei antanut tulosta. Tutkittaessa imukuppien avulla saatujen näytteiden vaihtelukertoimia huomattiin, että se harvoin oli alle 20% mutta usein yli 100%. Esimerkkinä on mainittu 8 maaprofiilin ja 8 imukupin antamien tulosten vaihtelukertoimien vertailu 240 cm:n syvyydessä heti sadonkorjuun jälkeen viiden vuoden ajan, kun lannoitustaso oli 180 kgN/ha. Tällöin maanäytteistä mitattujen nitraatti- pitoisuuksien vaihtelukerroin oli 16.4% kun se imukupeilla saaduille nitraatin pitoisuuksille

oli 47.6%. Imukuppien käyttöä maan pintakerroksissa vaikeuttaa se, että näytteitä ei saada kun kerros kuivuu. Starr (1985) on tutkinut imulysimetrien käyttöä heinäkuun ja syyskuun välisenä aikana metsäviljellylle maalle Keski-Suomessa. Hän on todennut suomalaisten olosuhteiden rajoittavan tämänkaltaisten lysimetrien käyttöä nimenomaan kesäkuukausina sillä tällöin vähäisten sademäärien ja suuren potentiaalisen evapotranspiraation vuoksi perkolaatioveden määrä on analyysejä varten liian pieni. Ammoniumin pitoisuuksien vaihtelukerroin on suurempi kuin nitraatin pitoisuuksien vaihtelukerroin verrattaessa kuuden lysimetrin antamia tuloksia. Goh et ai. (1979) ovat tutkimuksessaan todenneet, että imulysimetrin pinta-ala on suurempi kuin imukupeilla, mikä vähentänee näytteenottovirhettä.

Persson&Bergström (1991) ovat artikkelissaan käsitelleet lysimetrien asentamista monoliitteinä. Mikäli lysimetri rakennetaan täyttämällä kerroksittain, joudutaan odottamaan useita vuosia ennenkuin voidaan olettaa, että lysimetrissä vallitsee luonnontilaiset olosuhteet.

Savimaiden kohdalla ei välttämättä koskaan saavuteta luonnontilaisia olosuhteita. Berström (1990) on todennut, että täytetyssä lysimetrissä veden ja liukoisen aineen kulkeutuminen muuttuu, hietamaalla täytetyssä vähemmän kuin savimaalla täytetyssä . Monoliitti-lysimetri tehdään siten, että lysimetriin asetettava maapylväs porataan yhtenä kappaleena suoraan lysimetrin kehykseen, joka upotetaan tutkimuskenttään. Näin profiili saadaan häiriintymättö- mänä talteen, joskin lysimetrin tilavuus jää pienemmäksi kuin jos lysimetri täytettäisiin kerroksittain. Persson&Bergström.n esittämällä menetelmällä monoliitiin maksimipituus on 1 metri. Suuri ongelma monoliittilysimetriä kuin myös täytettyä lysimetriä käytettäessä on maaprofiilin ja lysimetrikehyksen välinen oikovirtaus, joka nimenomaan savimailla voi kuivakutistumisen vaikutuksesta olla huomattava. Bergströmin (1990) artikkelissa on esitetty Saffigna et ai. :n 1977 tekemä koe, jossa tutkittiin täytetyssä lysimetrissä seinämän ja maa- aineksen välistä virtausta. Koe tehtiin siten, että lysimetrin ulkoreunalle lisättiin bromi-ioneja ja keskustaan kloridi-ioneja. Bromia löydettiin huuhtoumassa suurempia määriä pienemmän vesimäärän suotauduttua, mutta pitkällä aikavälillä eroja bromin ja kloorin välillä ei löydetty.