5. TULOSTEN TARKASTELU
5.1 Typen fraktiot maaperässä
Liitteessä 7 olevassa taulukossa on esitetty kaikkien maaperästä mitattujen suureiden tunnus
luvut kaikille neljälle tutkitulle lysimetrille 2, 4, 9 ja 11, näiden kaikille kolmelle tutkitulle kerrokselle 0-20 cm, 50-70 cm ja 90-110 cm. Tunnusluvut on laskettu koko tutkimusjakson 25.5.1990 - 28.5.1991 aineistosta. Tunnuslukuja ovat keskiarvo, minimi- ja maksimiarvot sekä keskihajonta ja vaihtelukerroin. Vaihtelukerroin kuvaa aineistossa ajan suhteen tapahtunutta vaihtelua ja se ilmaistaan prosentteina. Hiilityppisuhde C/N, kokonaistypen ja orgaanisen hiilen määrien osuudet tutkittavan kerroksen kuiva-aineksen massasta (KOkN(%) ja OrgC(%)) ovat suureita, joita ei ole määritetty vaan ne on laskettu määritetyistä suureista.
Tuloksista nähdään, että tunnusomaista hietalysimetreille 2 ja 4 on pintakerroksen 0- 20 cm ja muun lysimetrin välinen suuri ero, joka näkyy kaikissa maaperän ominaisuuksissa paitsi pH-arvoissa. Pintakerroksen vesipitoisuus, orgaanisen aineksen määrä, orgaanisen hiilen kokonaismäärä ja kokonaistypen määrä on selvästi suurempi kuin pohjakerrosten vastaavat arvot Savilysimetrien 9 ja 11 kohdalla ei kerrosten välillä ole näin suurta eroa.
Tarkasteltaessa mineraalitypen määrien keskiarvoja eri kerroksissa huomataan, että hieta- lysimetreissä lannoituksen vaikutus näkyy selvästi kohonneina nitraatin ja ammoniumin määrinä ainoastaan pintakerroksessa. Savilysimetreissä lannoitus näkyy selvemmin kohonneina arvoina koko profiilissa. Lannoituksen vaikutus on selvemmin havaittavissa kun verrataan mineraalitypen pitoisuuksia eri lysimetrien profiileissa. Tällöin myös hietalysi- metrien syvemmissä kerroksissa näkyy, että pitoisuudet kasvavat lannoitetussa lysimetrissä.
Taulukko 5.1 Nitraatti- ja ammoniumtypen osuudet mineraalitypen määristä kaikissa tutkituissa kerroksissa (0-20cm / 50-70cm / 90-110cm )
Lysimetri N03-N:n osuus (%) NH4-N:n osuus (%)
2 20 / 30 / 33 80/70 / 67
4 25/31/34 75 / 69 / 66
9 35 / 37 / 48 65 / 63 / 52
11 51/75/69 49/25/31
Taulukosta nähdään, että hietalysimetreissä ja lannoittamattomassa savilysimetrissä ammoniumin osuus on suurempi kuin nitraatin osuus, mutta että nitraatin osuus kasvaa hieman syvemmissä maakerroksissa. Lannoitetussa savilysimetrissä 11 ammoniumin ja nitraatin osuudet ovat pintakerroksessa yhtä suuret, mutta nitraatin osuus on syvemmissä kerroksissa selvästi suurempi.
Tutkimusjaksolla tapahtuva vaihtelu on erittäin pientä tutkittavien kerrosten pH- arvojen ja orgaanisen aineksen määrien osalta. Verrattain pientä on vaihtelu myös kosteus
pitoisuuksissa, kokonaistypen määrissä ja orgaanisen hiilen määrissä. Orgaanisen hiilen määrien vaihtelukertoimet ovat pohjakerroksissa tosin niin suuret, että yksi määritys tutkimusjakson alussa ei ole riittävä orgaanisen hiilen määrän määrittämiseksi luotettavasti.
Erittäin suurta vaihtelua mineraalitypen määrissä tai pitoisuuksissa esiintyy ainoastaan lannoitetun savilysimetrin 11 pintakerroksessa, jonka vaihtelukertoimet ovat yli 100.
Keskimäärin vaihtelukertoimet ovat suuremmat mineraalitypen pitoisuuksille kuin niiden määrille, mutta lannoitus ei selvästi vaikuta vaihtelukertoimien suuruuteen.
(g)
Kuva 5.1 Mineraalitypen määrä tutkituissa kerroksissa hietalysimetrissä 2 (gN/lys.=kgN/ha)
Kuva 5.3 Mineraalitypen määrä tutkituissa kerroksissa savilysimetrissä 9 (gN/lys.=kgN/ha)
Kuva 5.2 Mineraalitypen määrä tutkituissa kerroksissa hietalysimetrissä 4 (gN/lys.=kgN/ha)
000000000000—'^H—<*-<
On ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^
I>'0'Pf^rs'r^oooo5\QNO*H^-»n»ntn
i> N oo (N « -inwOTfawhoiinoo o-) — — O — ro — <N— rNOO — O — <N
(g)
Kuva 5.4 Mineraalitypen määrä tutkituissa kerroksissa savilysimetrissä 11 (gN/lys.=kgN/ha)
Kuvissa 5.1-5.4 on esitetty mineraalitypen määrät kolmessa, tutkitussa kerroksessa tutkimusjakson aikana. Hietalysimetreissä, varsinkin lannoittamattomassa lysimetrissä 2, nitraattitypen pitoisuudet nousevat 6.11.1990 ja 17.4.1991 välisenä aikana. Lysimetrin 2 pohjakerroksen pH-arvot laskevat 6.11. ja 17.4. välisenä aikana 0.2"pH-astetta.
Kappaleessa 2.32 on todettu, että nitrifikaatiossa vapautuu vetyioneja, minkä johdosta maan pH laskee. Savilysimetreissä esiintyvät kohonneet mineraalitypen määrät keväällä 1991 eivät johdu kohonneista nitraattitypen pitoisuuksista.
Kuvissa 5.5-5.8 on esitetty nitraattitypen pitoisuudet tutkituissa kerroksissa tutkimusjakson aikana. Hietalysimetrien 2 ja 4 välillä ei ole huomattavaa eroa mineraalitypen määrissä tai nitraatin pitoisuuksissa. Ero on lähinnä siinä, että lannoitus näkyy kohonneina arvoina lysimetrin 4 pintakerroksessa. Savilysimetrien osalta ero lysimetrien välillä on huomattava. Lysimetrissä 11 lannoituksen vaikutus näkyy kohonneina arvoina pinta
kerroksessa heti lannoituksen jälkeen, mutta myöhemmin kohonneina arvoina pohja
kerroksissa. Lannoittamattomassa hietalysimetrissä nitraattipitoisuudet kasvavat kevään 1991 aikana. Lysimetrin 2 pintakerroksen pH-arvot laskevat keväällä 0.3 pH-astetta ja kerroksen 50-70 cm pH-arvot laskevat 0.4 pH-astetta, mikä saattaisi johtua lysimetrissä tapahtuvasta nitrifikaatiosta.
Kuvissa 5.9-5.11 on esitetty nitraatti-, ammonium- ja kokonaistypen määrät koko lysimetrissä näytteenottopäivinä. Kokonaismäärät on laskettu siten, että kerrosten 0-20 cm, 50-70 cm ja 90-110 cm arvot on laskettu analyysituloksista kun taas kerrosten 20-50 cm, 70- 90 cm ja 110-140 cm on arvioitu edellisten keskiarvoina. Kuvista käy ilmi, että nitraatin määrät pysyvät lysimetriä 11 lukuunottamatta varsin tasaisina tutkimusjakson aikana kun taas ammoniumin määrät ovat kesäkuussa 1990 kaikissa lysimetreissä keskitasoa korkeammat.
Huomattavaa on myös lannoittamattomien lysimetrien kohonneet arvot keväällä 1991.
Kokonaistypen määrissä huomiota herättää lähinnä se selvä ero, joka vallitsee hieta- ja savilysimetrien välillä.
Pylväsdiagrammeissa 5.12-5.19 on esitetty ammonium- ja nitraattitypen määrät kerroksittain 25. toukokuuta 1990 ja 28. toukokuuta 1991. Kuvista huomataan, että hieta
lysimetreissä pintakerrosten ammoniumin määrät ovat tutkimusjakson aikana kasvaneet selvästi kun taas savilysimetreissä muutokset ovat tapahtuneet nitraattitypen määrissä. Suurin muutos savilysimetreissä on tapahtunut pohjakerroksissa.
25 20 15 10
5 0
no3pit 2 100 no3pit 2 60 no3pit 2 10
oOOOOOOOOOOO—
cT\ (T\ (T\ (T\ (Tn On On iOs tO\ (Tn ("T\
ON On On On ON On On On On On On On On On ON On
S 1 o o O CCO O g S O S V)O VNO VNO
/n
oo CS VO en oc O § § IZN oo
(N O en es es o O O es
15 20 15 10 5 0
I no3pit 4 100 0 no3pit 4 60 11 no3pit 4 10
oOOOOOOOOOOO^rH^^
On On On On On On On On On On On On On On On
oOOOOOOOOO^^O^OO
^^oofNj^^fnooö^ON^^fSmx
Kuva 5.5 Nitraattitypen pitoisuus tutkituissa kerroksissa hietalysimetrissä 2 Kuva 5.6 Nitraattitypen pitoisuus tutkituissa kerroksissa hietalysimetrissä 4
(mg/l) (mg/l)
Kuva 5.7 Kuva 5.8
Nitraattitypen pitoisuus tutkituissa kerroksissa savilysimetrissä 9 Nitraattitypen pitoisuus tutkituissa kerroksissa savilysimetrissä 11
Kuva 5.9 Nitraattitypen määrä koko lysimetrissä 2,4,9, ja 11
(g)
i ■ i ■ i ■ r i ■ i ' i 1 i ■ i ■ r-* i ■ i ■ i ■ i ' i ' i
i?; M OO M i
-O- NH4 2 NH4 4
HB- NH4 9 NH4 11
Kuva 5.10 Ammoniumtypen määrä koko lysimetrissä 2,4,9, ja 11
(g)
16000 14000-12000
-10000
8000 6000
-I ' T ' -I
>/-!'O^Ot-c~t--ooooo>o>0 —
'OOOO
-B- KOKN 2 KOKN 4
HB- KOKN 9 -O- KOKN 11
Kuva 5.11 Kokonaistypen määrä koko lysimetrissä 2, 4, 9, ja 11
62
50-70
Kuvat 5.12 Mineraalitypen fraktioiden määrät (g) kerroksittain hietalysimetrissä 2
& 5.13 25.5.1990 ja 28.5.1991
■ nh44 90
Kuvat 5.14 Mineraalitypen fraktioiden määrät (g) kerroksittain hietalysimetrissä 4
& 5.15 25.5.1990 ja 28.5.1991 0-20
Kuvat 5.16 Mineraalitypen fraktioiden määrät (g) kerroksittain savilysimetrissä 9
& 5.17 25.5.1990 ja 28.5.1991 0-20
Kuvat 5.18 Mineraalitypen fraktioiden määrät (g) kerroksittain savilysimetrissä 11
& 5.19 25.5.1990 ja 28.5.1991
Taulukossa 5.2 on esitetty mineraalitypen määrien lukuarvot lysimetrin koko tilavuudessa (14 m3) tutkimusjakson alussa 25.5.1990 ja lopussa 28.5.1991. Mineraalitypen määrissä tapahtunutta muutosta verrataan kappaleessa 5.5 typpitaseen tulokseen.
Taulukko 5.2 Mineraali typen määrät tutkimusjakson alkaessa ja päättyessä koko lysimetrissä (14 m3)
Lysimetri MinN 25/5/90 (gN/lysimetri)
Mineraalitypen määrä kasvaa eniten lannoitetussa savilysimetrissä 11, mutta myös lannoittamattomassa hietalysimetrissä 2. Savilysimetrissä 9 on suurin mineraalitypen määrä tutkimusjakson alussa, ja se on ainoa lysimetri, jossa mineraalitypen määrä vähenee vuoden aikana.
Kirjallisuudessa on esitetty (mm. Furrer&Stauffer (1986) ja Scheffer&Walther (1988)), että 1-2% maaperän orgaanisesta typestä mineralisoituu vuodessa. Taulukossa 5.3 on esitetty orgaanisen typen keskimääräiset kokonaismäärät kaikissa neljässä lysimetrissä sekä l%:n ja 2%:n määrät kokonaismääristä koko lysimetrille ja erikseen pinta- ja pohjamaille. Lisäksi taulukossa 5.4 on esitetty Rankisen (1992) laboratoriokokeissa saamat mineralisaatioarviot lysimetrin 6 hietamaalle ja lysimetrin 9 savimaalle, joiden kosteus
pitoisuus vastaa lysimetrien 2,4,9 ja 11 keskimääräisiä kosteuspitoisuuksia.
Taulukko 5.3 Mineralisoituvan typen määrät arvioituna orgaanisen typen määrän perusteella lysimetrien pinta- ja pohjakerroksissa
Lysimetri Orgaanisen typen keskimääräinen Orgaanisen typen keskimääräinen määrä pintakerroksessa määrä pohjakerroksissa
(0-20 cm) ( 50-70 cm ja 90-110 cm )
Taulukko 5.4 Laboratoriokokeissa saadut arviot mineralisoituvan typen määrille (Rankinen, 1992)
Maalaji Kerros Kosteus
pitoisuus
Mineralisoituvan typen määrä 230 vrk:ssa (g/m3)
Hieta (6) Pinta 28 m-% 126
Pohja 9.3 m-% 24
Savi (9) Pinta 21 m-% 55
Pohja 32 m-% 19
Lysimetrien pinta- ja pohjamaista suurin mineralisaatio tapahtuisi lysimetrin 2 pinta
kerroksessa, jossa orgaanisen typen määrä on suurin. Verrattaessa lysimetrikentän tuloksia ja laboratoriokokeiden tuloksia huomataan, että suurin ero on hietamaan pohjakerroksen mineralisaatioarvoissa. Lysimetrikokeiden perusteella hietalysimetrien pohjakerroksissa mineralisaatio olisi vähäisempää kuin savilysimetreissä, kun taas laboratoriokokeiden perusteella mineralisaatio olisi suurempaa hietalysimetreissä. Tämä saattaa johtua siitä, että lysimetriä 6 lannoitettiin keväällä 1989 500 kgN/ha. Ympäristötekijät vaikuttavat merkittä
västi mineralisaatio-immobilisaatio-tasapainoon. Alexander (1961, s.265) on todennut, että hiilityppisuhde, joka on alle 20:1-30:1 suosii mineralisaatiota, kun taas suurempi hiilityppi- suhde suosii immobilisaatiota. Kaikkien lysimetrien pintakerrosten hiilityppisuhteet ovat keskimäärin suuremmat kuin 30:1, joten tässä kerroksessa tapahtuisi korostetusti immobili
saatiota. Ainoastaan kerroksessa 90-110 hiilityppisuhde on keskimäärin alle 20:1, jolloin tapahtuisi korostetusti mineralisaatiota. Myös pH-arvoilla on merkitystä mineralisaatio/
immobilisaatio-prosessissa, sillä nitrifikaatio-optimiksi arvioidaan pH-arvoja välillä 8.3 ja 9.3 (Andersson, 1986) ja 8-9 (Furrer&Stauffer, 1986) ja mineralisaatio-optimiksi arvoja välillä 7 ja 8 (Furrer&Stauffer, 1986). Tässä tutkimuksessa mitatut pH-arvot ovat välillä 4.7-6.2 (2), 4.6-6.0 (4), 5.0-6.0 (9) ja 4.8-4.7-6.2 (11) siten, että pienimmät pH-arvot on mitattu pintakerroksista.
Sippola&Yläranta (1985) ovat tutkineet maatalousmaiden mineraalitypen varastoja keväällä ennen lannoitusta. Heidän tutkimillaan mailla mineraalitypen määrä lm:n paksuises
sa kerroksessa ennen lannoitusta vaihteli välillä 20 kgN/ha ja 50 kgN/ha. Pienimmät arvot he saivat aitosavimaille kun taas silttipitoisella maalla oli korkeampi arvo. Vesitalouden laboratorion hietalysimetrien mineraalityppimäärä 1 m:n paksuisessa kerroksessa 25.
toukokuuta 1990 ennen lannoitusta oli selvästi pienempi kuin savilysimetrien vastaavat määrät (kgN/ha):
2: 11.1 4: 10.9 9: 24.1 11: 18.3
Samassa tutkimuksessa Sippola&Yläranta ovat arvioineet sadonkorjuun ja alkukevään väliseksi mineralisaatioksi 0-30 kgN/ha 1 m:n paksuisessa kerroksessa. Meidän
lysi-metreistämme on mitattu mineraalitypen määrä maaperässä 9. lokakuuta ja 17. huhtikuuta 1991. Lysimetrien kasvusto poistettiin 17. syyskuuta 1990. Mineraalitypen määriksi 1 m:n paksuisessa kerroksessa saatiin (kgN/ha):
2 4 9 11
9/10 18.4 19.3 20.1 58.7
17/4 25.5 34.1 51.9 67.5
A +7.1 +12 +32 +8.8
Meillä mineralisaatio olisi siis 7-32 kgN/ha sadonkorjuun ja alkukevään välisenä aikana.
Sippola (1981) on tutkinut maan luontaisen typpivaraston suuruutta suomalaisissa maanviljelysmaissa. Tutkittavia maalajeja olivat aito-, hiesu- ja hietasavi, hiesu sekä hieno ja karkea hieta. Tutkittavat kerrokset olivat 0-20 cm, 20-40 cm ja 40-60 cm. Kokonaistypen määrä näissä kerroksissa selvitettiin 92:sta pellosta otettujen näytteiden perusteella. Vesi
talouden laboratorion hietalysimetrien pintakerros 0-20 cm on määritetty hienoksi hiedaksi ja kerros 40-60 cm karkeaksi hiedaksi. Savilysimetreissä pintakerros 0-20 cm on karkeaa hietaa tai hiesua ja kerros 20-40 cm hiesua tai hiesusavea (taulukko 3.1).
Taulukko 5.5 Kokonaistypen määrät 20 cm:n paksuisessa kerroksessa eri maalajeilla Sippolan (1981) ja vesitalouden laboratoriossa tehdyn kokonaistypen analyysin mukaan
Lysimetri Maalaji Kerros Kokonaistypen määrä (kgN/ha) (Sippola)
Kokonaistypen määrä (kgN/ha) (VT-laboratorio)
2&4 hieno hieta 0-20 cm 3889 4776 & 3937
karkea hieta 40-60 cm 1397 231 & 241
9&11 karkea hieta 0-20 cm 4167 1563 & 1794
hiesu 0-20 cm 3750
hiesu 40-60 cm 1323 1119 & 1237
hiesusavi 40-60 cm 1471
Hietalysimetrien pintakerrosten kokonaistypen keskimääräiset määrät ja savilysimetrien keskikerrosten kokonaistypen määrät ovat samaa suuruusluokkaa kuin Sippolan saamat tulokset. Hietalysimetrien keskikerrosten keskimääräinen kokonaistypen määrä on noin kuusi kertaa pienempi ja savilysimetrien pintakerrosten keskimääräinen kokonaistypen määrä noin kaksi kertaa pienempi kuin Sippolan tutkimuksessa.
5.2 Typpihuuhtoumat
Taulukossa liitteessä 7 on esitetty sulautuneesta vedestä mitattujen suureiden keskiarvot, minimi- ja maksimiarvot, keskihajonta sekä vaihtelukerroin. Suotautuneen veden sekä veden typpifraktioiden kokonaismäärät on esitetty edellä kappaleessa 4. Lannoituksella on vaikutusta typpifraktioiden keskimääräisiin pitoisuuksiin huuhtoumassa, ero on huomattava nimenomaan savilysimetreissä. Typpifraktioiden keskimääräiset pitoisuudet ovat korkeammat savilysimetreistä kuin hietalysimetreistä suotautuneessa vedessä. Vaihtelu huuhtoutuneen typen määrissä on tutkimusjaksolla huomattavaa, mikä johtuu suuresta vaihtelusta suotautuneen veden määrissä - vaihtelu suotautuneen veden typen pitoisuuksissa on selvästi alhaisempaa ammoniumia lukuunottamatta.
Taulukossa 5.6 on koottu huuhtoutuneen veden typen fraktioiden osuudet siten, että nitriitin, nitraatin ja ammoniumin määrät on esitetty osuutena mineraalitypen määristä huuhtoumassa. Mineraalitypen ja orgaanisen typen määrät puolestaan on esitetty osuutena kokonaistypen määrästä huuhtoumassa.
Taulukko 5.6 Huuhtoutuneen veden typen fraktioiden määrät: N02:n, N03:n ja NH4:n
%-osuudet mineraalitypen määrästä ja mineraalitypen ja orgaanisen typen määrien %-osuudet kokonaistypen määrästä
Lysimetri no2
Selvästi suurin osuus huuhtoutuneen veden mineraalitypen määrästä on nitraattia. Lannoitta- mattomista lysimetreistä huuhtoutuvan veden nitriitin osuus on hieman suurempi kuin lannoitetuista lysimetreistä huuhtoutuvassa vedessä. Mikäli lasketaan, että orgaanisen typen määrä huuhtoumassa on kokonaistypen määrän ja mineraalitypen määrän erotus, saadaan tulokseksi, että hietalysimetreissä puolet huuhtouman kokonaistypestä on mineraalityppeä ja puolet orgaanista typpeä.
Kuvissa 5.20-5.22 on verrattu lysimetreistä huuhtoutuneen veden typen fraktioiden pitoisuuksia CEC:n (Commission of the European Communities) ja Vesi- ja Ympäristö
hallituksen antamiin raja-arvoihin ja suosituksiin juomaveden maksimipitoisuuksista (Loveland&Shiner, 1991 ja Anon., 1989). Sallittu nitraatin maksimipitoisuus talousvedessä on 11.3 mgN/1, Suomessa on lisäksi annettu suosituspitoisuudeksi 6.8 mgN/1. Nitriitin sallittu maksimipitoisuus Suomessa on 0.3 mgN/1 ja suosituspitoisuus 0.06 mgN/1.
Ammoniumin sallittu maksimipitoisuus on 0.39 mgN/1. Taulukossa 5.7 on esitetty
lysimetreistä huuhtoutuneen veden maksimipitoisuudet.
(mg/l)
I ' I ■ I ' I ■ I ' I ■ I ' t ''I 1 1 1 I ' I ' I
' i1 m11 ■ i ■ i ■ i ■ i ■ i 11
<N <— CS O <N O
MOOtoWMO
Kuva 5.20 Nitraattitypen pitoisuus savilysimetristä 11 huuhtoutuvassa vedessä vertailu annettuihin vaatimuksiin ja suosituksiin juomaveden
maksimipitoisuuksille (mg/l)
I 1 1 1 ! 1 I 1 I ' I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 1 1 I H TH
i11» r»T» i»i ■ n r1
oooooooooo
C\ On ^n ^n On On ^n ^^n^n On
(N (N es ro m m tn v> m in
pp pop oooooppp
occSTrcxDooosvoO(Oxr-o\vocsvoooNom<Nm<ocsov~)
<s o es o es o o ro es es o es o
Kuva 5.21 Nitriiititypen pitoisuus savilysimetristä 11 huuhtoutuvassa vedessä vertailu annettuihin vaatimuksiin ja suosituksiin juomaveden maksimipitoisuuksille
(mg/l)
£J>SJ\gNg\£,^gNqNj£p\pv0\CTvCT\CT\CT>p\p\0Ng\0\CT\0\O
— es viiden
Kuva 5.22 Ammoniumtypen pitoisuus savilysimetristä 11 huuhtoutuvassa vedessä - vertailu annettuihin vaatimuksiin ja suosituksiin juomaveden
maksimipitoisuuksille
Taulukko 5.7 Huuhtoutuneen veden maksimipitoisuudet
Lysimetri no2-n
(mgN/1)
NO3-N (mgN/1)
NH4-N (mgN/1)
2 0.012 0.23 0.00
4 0.013 0.53 0.00
9 0.026 2.7 0.22
11 0.15 20 0.91
Ainoastaan lysimetristä 11 huuhtotuvan veden pitoisuudet ylittävät talousvedelle asetetut rajoitukset.
Tarkasteltaessa lysimetreistä suotautuneen veden määriä huomataan, että lannoitetusta lysimetreistä suotautui vähemmän vettä kuin lannoittamattomista. Tämä johtunee siitä, että lannoitetuissa lysimetreissä, varsinkin hietalysimetrien kohdalla, kasvusto on runsaampaa, jolloin myös kasvien kautta tapahtuva veden haihtuminen on suurempaa. Samankaltaisen huomion ovat tehneet mm. Kjellerup&Kofoed (1983), Dowdell et ai. (1984) ja Furrer&
Stauffer (1986). Kasteluveden määrällä, joka lannoitetuilla lysimetreillä on 70 mm (11%
sademäärästä) ja lannoittamattomilla lysimetreillä 60 mm (9.3% sademäärästä) ei oletettavasti ole suurta merkitystä huuhtoutuvan veden määriin.
Lannoituksen osuutta huuhtoutuneen veden typen määristä on seuraavassa arvioitu olettamalla lannoittamaton lysimetri nollakokeeksi sekä olettamalla, ettei kevään 1989 lannoituksella ole vaikutusta huuhtoutuneen typen määriin. Lysimetrejä 4 ja 11 lannoitettiin 250 kgN/ha, josta 75 kgN/ha oli nitraattia ja 175 kgN/ha ammoniumia. Taulukossa 5.8 on esitetty arvio siitä, kuinka monta prosenttia annetusta lannoitteesta on huuhtoutunut tutkimusjakson aikana.
Taulukko 5.8 Huuhtoutuneiden typpifraktioiden osuus lannoitetypestä Lysimetri Fraktio Lannoitemäärä
(gN/lysimetri)
Osuus lannoitteesta huulitoumassa (%)
4 NO3-N 75 0.080
11 NO3-N 75 26
4 nh4-n 175 0
11 NH4-N 175 0.0034
4 MIN-N 250 0.022
11 MIN-N 250 7.8
Verrattaessa saatuja tuloksia kirjallisuudessa esiintyviin arvoihin huomataan, että hietalysimetreistä huuhtoutuvan typen osuus lannoitteena annetusta typestä on pieni kun taas savilysimetreistä huuhtoutuu prosentuaalisesti paljon nimenomaan nitraattityppeä.
Campbell&Paul (1978) esittävät huuhtoutuneen mineraalitypen prosenttiosuudeksi lannoitteesta 5-10%, kun muilla arvio on välillä 0% ja 7% eri maalajeilla ja eri lannoitus
tasoilla (Jones et ai. (1977), Jurgens-Gschwind&Jung (1979), Dowdell&Webster (1980), Kjellerup&Kofoed (1983), Dowdell et ai. (1984), Dowdell&Webster (1984), Jaakkola (1984), Steenvoorden et ai. (1986) ja Rosswall et ai (1990)).
Dowdell&Webstenn (1980) tekemien kokeiden mukaan alle 0.1% edellisen vuoden lannoituksesta löytyy seraavana vuotena huuhtoumasta. Kjellerup&Kofoedm (1983) mukaan osuus on 2% ja Dowdell et ai. (1984) ovat saaneet vastaavaksi luvuksi 3.5%. Vesitalouden laboratorion lysimetrikentän lysimetrejä lannoitettiin 1989 siten, että lysimetrejä 4 ja 9
lannoitettiin 100 kgN/ha ja lysimetriä 11 500 kgN/ha. Tällöin tutkimusjaksolla 1990-1991 olisi huuhtoutuneessa vedessä edellisen vuoden lannoitetyppeä (g/lys.) taulukon 5.9 mukaisesti.
Taulukko 5.9 Edellisen vuoden lannoitteen osuus huuhtoumassa Lysimetri 0.1%
(g)
2% (g)
3.5%
(g)
Tutkimusjaksolla 1990-1991 huuhtoutuneen mineraalitypen määrät
(g)
2 0 0 0 0.41
4 0.1 2 3.5 0.46
9 0.1 2 3.5 1.5
11 0.5 10 17 21
Käytettäessä osuuksia 2% tai 3.5% vaikuttavat arvot lysimetreissä 4 ja 9 hyvin suurilta, sillä tutkimusjakson huuhtoumat ovat molemmissa lysimetreissä alle 2g mineraalityppeä. Vuoden 1989 lannoituksen näkyminen lysimetristä 11 huuhtoutuvassa vedessä voisi selittää verrattain korkeita huuhtoutuvan typen määriä tästä lysimetristä.
Steenvoorden et ai. (1986) ovat todenneet, että nitraatin huuhtoutuminen on runsaampaa nurmea kasvavalta hietamaalta kuin nurmea kasvavalta savimaalta. Kun lannoitemäärä on ollut 380 kgN/ha on hietamaalta huuhtoutunut 70 kgN/ha vuodessa ja savimaalta 20 kgN/ha, mikä vastaa 18% ja 5.3% annetusta lannoitetypestä. Meillä lannoitetaso oli 250 kgN/ha ja tällöin hietamaalta huuhtoutui 0.44 kgN/ha vuodessa ja savimaalta 21 kgN/ha, mikä on 0.18% ja 8.4% annetusta lannoitetypestä. Vesitalouden laboratorion tutkimuksessa savimaalta siis huuhtoutui sekä määrällisesti että prosentuaalisesti selvästi enemmän nitraattia kuin hietamaalta. Myös Pfaff (1963), Hansen&Olesen (1991) ja Bergström&Johansson (1991) ovat todenneet, että hietamaalta huuhtoutuu enemmän typpeä kuin savimaalta. Tekemässämme tutkimuksessa hietalysimetreistä huuhtoutui selvästi vähemmän typpeä kuin savilysimetreistä. Tämä johtuu osaksi siitä, että hietalysimetrien kasvusto oli hyvin tiheää ja veden haihdunta kasvien pinnoilta näin ollen suurta. Kasvit ovat myös sitoneet enemmän typpeä hieta- kuin savilysimetreissä. Toisaalta hietalysimetrien pintakerrosten kationinvaihtokapasiteetti oli hyvin korkea ja savilysimetreissä toisaalta verrattain alhainen, minkä johdosta hietalysimetreissä pääasiassa ammoniumina annettu lannoite oletettavasti sitoutui pintakerroksen maa-ainekseen, mutta savilysimetrissä kulkeutui pohjakerroksiin. Hietalysimetrien pintakerroksen korkea hiilityppisuhde myös suosii immobilisaatiota, jolloin lannoitetyppi on saattanut sitoutua orgaaniseen ainekseen ennen kuin merkittävää nitrifikaatiota on ehtinyt tapahtua.
5.3 Kasvien sitoma typpi
Hietalysimetriä 4 ja savilysimetriä 11 lannoitettiin 250 gN/lysimetri, eli 250 kgN/ha.
Kasveista mitattu maksimaalinen typen määrä g/lysimetri (= kg/ha) oli:
2: 96.4 4: 148 9: 69.7 11: 102
Mikäli arvioidaan, että hietalysimetrin 2 ja savilysimetrin 9 tulos vastaa nollakoetta, saadaan lannoiteperäiseksi typen määräksi lysimetrissä 4 51.6 g ja lysimetrissä 11 32.3 g.
Lysimetrissä 4 kasvusto ottaisi näin ollen 21% lannoitetypestä ja lysimetrissä 11 13%
lannoitetypestä. Jones et ai. (1977) ovat arvioineet, että ruohomailla kasvit ottavat noin 25%
lannoitteessa annetusta typestä. Campbell&Paul (1978) viittaavat Kundlerin 1970 tekemään tutkimukseen, jossa kasvien lannitetypen otoksi saatiin 30-70%, itse he saivat vehnälle typen otoksi 53-75% lannoitetypestä. Edellä ei ole huomioitu lysimetreille vuonna 1989 annettua lannoitusta, joka hietalysimetrille 4 ja savilysimetrille 9 oli 100 kgN/ha ja savilysimetrille 11 500 kgN/ha. Sekä Kjellerup&Kofoed (1983) että Dowdell&Webster (1984) ovat arvioineet, että lannoituksesta jää seuraavaan vuoteen noin 2%. Tämä määrä olisi lysimetreissä 4 ja 9 2g, lysimetrissä 11 10g. Mikäli tämä edellisestä vuodelta jäänyt lannoitemäärä otetaan huomioon vähenee lysimetrissä 4 kasvien ottaman lannoitetypen määrä 49.6 g:aan mikä on 20% lannoitteen sisältämästä typen määrästä. Lysimetrissä 11 lannoitteesta kasviin kulkeutuneen typen määrä vähenee 24.3 g:aan, mikä vastaa 10%:a lannoitteen sisältämästä typestä.
Kaikki edellä mainitut tutkimukset on tehty lysimetreissä, joten tältä osin voidaan vertailua tehdä. Vesitalouden laboratorion lysimetrikentän hietalysimetreissä kasvusto muistutti ruohopeitettä, joten kun lannoitetypen otoksi saadaan 20% voidaan olettaa, että kasvianalyysi on ollut luotettava. Savilysimetreissä taas kasvusto ei muistuttanut ruoho- peitettä eikä se liioin vastannut viljakasvustoa. Tämän johdosta vertailua on vaikea suorittaa, sillä alhainen kasvien typenottoprosentti (10%) voi johtua virheellisestä näytteenotosta, mutta se voi myös olla tyypillistä tälle kasvustolle.
Dowdell&Webster (1980) ovat arvioineet typen määrää, jonka nurmi ottaa lannoittamattomasta maaperästä. He arvioivat typen otoksi 7gN/m2 vuodessa, mikä vastaa arvoa 70 kgN/ha. Samassa artikkelissa on viitattu Brockmanin 1969 tekemään tutkimukseen, jossa vastaavaksi arvoksi saatiin 10-90 kgN/ha. Vesitalouden laboratorion lysimetrikentän hietalysimetrin 2 kasvusto muistutti ruohopeitettä, ja sen typen otto tutkimusjaksolla oli noin 96.5 kgN/ha. Savilysimetrin 9 typen otto oli samana ajanjaksona noin 70 kgN/ha.
Lysimetrin 9 kasvipeite oli tosin vain osaksi ruohoa.
Furrer&Stauffer (1986) ovat saaneet typen osuudeksi 2-4% kasvien kuiva-aineesta, meillä vastaava arvo kaikissa lysimetreissä on välillä 1-4%.
Kappaleessa 2.31 on todettu, että maaperän ritsossfäärin pH riippuu siitä, missä
muodossa kasvi ottaa typpeä. Mikäli maaperästä absorboituu pääasiassa nitraattia, nousee ritsossfäärin pH-arvo. Samoin pH nousee, jos nitraattina lisätty typpi poistuu kasvuston mukana. Taulukosta 4.7 käy ilmi, että pintakerrosten pH-arvot kasvavat kasvukaudella 25.5.
ja 16.7. välisenä aikana: kasvu on lysimetrissä 2 0.7 pH-astetta, lysimetrissa 4 0.6 pH- astetta ja savilysimetreissä 0.5 pH-astetta. Tästä voisi päätellä, että lysimetrien kasvusto ottaisi typpeä pääasiassa nitraattimuodossa.
5.4 Märkälaskeuma
Liitteessä 7 olevassa taulukossa on esitetty sadevedestä mitattujen suureiden keskiarvot, minimi- ja maksimiarvot, keskihajonta sekä vaihtelukerroin. Sadannan määrä sekä sadanta- näytteiden typpifraktioiden kokonaismäärät ja -pitoisuudet on esitetty edellä kappaleessa 4.
Typpifraktioiden pitoisuuksien vaihtelukertoimet ovat nitriittitypen pitoisuutta lukuun
ottamatta yli 100%.
Taulukossa 5.10 on koottu sadannan typen fraktioiden osuudet siten, että nitriitin, nitraatin ja ammoniumin määrät on esitetty %-osuutena mineraalitypen määristä sadannassa.
Mineraalitypen ja orgaanisen typen määrät puolestaan on esitetty %-osuutena kokonaistypen määrästä sadannassa.
Taulukko 5.10 Sadannan typen fraktioiden määrät: N02:n, N03:n ja NH4:n
%-osuudet mineraalitypen määrästä ja mineraalitypen ja orgaanisen typen määrien %-osuudet kokonaistypen määrästä
Sadan ta no2 no3 nh4 minN orgN
(%) (%) (%) (%) (%)
8 60 32 77 23
Suurin osa sadannan sisältämästä mineraalitypestä on nitraattia, mutta ero eri typen fraktioiden määrien välillä on pienempi kuin huuhtoumassa.
Grundahl&Hansen (1991) ovat Tanskassa tehdyissä tutkimuksissaan todenneet, että sadantanäytteissä ammoniumtypen pitoisuudet ovat korkeammat kuin nitraattitypen pitoisuu
det ja että märkälaskeumana tulee enemmän ammonium- kuin nitraattityppeä. Andersson (1986) on tutkinut sadeveden sisältämiä typen fraktioita Ruotsissa. Kokeiden mukaan suurin osa sadeveden typestä on epäorgaanisessa muodossa, ja ammoniumin ja nitraatin osuus on samansuuruinen. Espoossa mitattiin vuoden 1990 (Järvinen&Vänni, 1992) sadannan keskimääräiseksi nitraattipitoisuudeksi 0.577 mg/l ja keskimääräiseksi ammonium- pitoisuudeksi 0.589 mg/l. Märkälaskeumassa mitattiin enemmän ammoniumtyppeä kuin nitraattityppeä. Vesitalouden laboratorion lysimetrikentällä mitattiin sadannassa suuremmat
keskimääräiset nitraatin pitoisuudet kuin ammoniumin pitoisuudet ja märkälaskeumassa oli enemmän nitraattia kuin ammoniumia.
5.5 Typpitasetarkastelu
Edellä on kappaleessa 4.5 muodostettu typpitase kaikille lysimetreille ja taulukossa 5.2 on esitetty mineraalitypen määrissä tapahtunut muutos lysimetreissä tutkimusjaksolla.
Taulukossa 5.11 on tätä tulosta verrattu tasetarkastelun antamaan tulokseen.
Taulukko 5.11 Lysimetreissä tapahtuneen mineraalitypen määrien muutoksen ja typpitaseen mukaisen mineraalitypen määrien muutoksen vertailu Lysimetri Muutos mineraalitypen määrissä
(gN/lysimetri)
Typpitase (gN/lysimetri)
2 + 11.8 -85.5
4 + 4.64 + 108
9 - 16.1 -69.0
11 + 90.2 + 122
Lannoitetun savilysimetrin 11 kohdalla tulos on erittäin hyvä ja lysimetreillä 4 ja 9 taseen antama tulos ja mineraalitypen muutokset ovat samansuuntaiset Suurin ero havaitaan lannoittamattoman hietalysimetrin 2 kohdalla, jossa taseen mukaan mineraalitypen määrän pitäisi pienentyä, mutta mineraalitypen määrät kasvavat profiilissa tutkimusjakson aikana.
Seuraavassa on lysimetrikohtaisesti arvioitu, mistä ero typpitaseen antaman tuloksen ja mineraalityppimäärien muutoksen välillä saattaisi johtua.
2: tutkimusjakson aikana lysimetristä poistuu taseen mukaan noin 90g mineraali-typpeä, mutta maan mineraalitypen määrä kasvaa samaan aikaan noin 10g -
tuloksen mukaan lysimetrin mineralisaation tulisi olla erittäin voimakasta varsinkin tutkimusjakson loppupuolella
4: taseen mukaan lysimetriin tulisi noin 100g mineraalityppeä kun samaan aikaan maan mineraalitypen määrä kasvaisi ainoastaan noin 5g - tuloksen mukaan lysimetrissä pitäisi siis olla suurempi mineraalitypen kasvu kuin 5g, puuttuva määrä viiltäisi arvioitua suurempaan denitrifikaatioon, mineralisaatiota
suurempaan immobilisaatioon tai sitoutumiseen vaihtumattomattomaan muotoon 9: taseen mukaan mineraalitypen määrä vähenisi noin 75g kun taas sen muutos
lysimetrissä merkitsisi ainoastaan noin 15g:n vähentymistä - tämä viittaa epätarkkuuksiin näytteenotossa, analyyseissä tai laskennassa
11: tase ja maaperässä tapahtuva mineraalitypen määrän muutos vastaavat toisiaan
t