Olkibiosuodattimelta ravinteet takaisin peltoon (julkaistu 25.7.2018)
Maatalouden ravinnehuuhtoumat sekä typen että fosforin osalta ympäristön vesistöihin ovat aiheuttaneet huolta jo pidemmän aikaa. Ravinnepäästömääriä ja niiden vaikutuksia tutkitaan jatkuvasti ja selvitetään, millaisilla ratkaisuilla voitaisiin saada aikaiseksi odotettuja päästövähennyksiä. Maatalouden ravinnepäästöjä voidaan ennaltaehkäistä ja hallita jo viljelysuunnitteluvaiheessa, kun valitaan kullekin lohkolle sopivat viljelytoimenpiteet etenkin herkkien vesistöjen läheisyydessä. Jos kasvien ravinteita karkaa pelloilta, voidaan vielä yrittää siepata ne valumavesistä ennen kuin ne päätyvät vesistöön asti.
Tänä vuonna RavinneRenki-hanke otti tutkimusten alle biosuodattimet. Mitä biosuodattimet ovat, kuinka ne toimivat ja olisivatko ne toimiva vaihtoehto pistekuormitusten hallintaan?
Opiskelijat selvittivät oljen soveltuvuutta biosuodatinmateriaaliksi
Kolmannen vuoden ympäristötekniikan opiskelijat (ks. kuva 1) tekivät projektityönä RavinneRenki-hankkeelle kirjallisuusselvityksen oljen potentiaalista toimia fosforinsitojana ja sen soveltuvuudesta biosuodatinmateriaaliksi. Olki olisi varsin edullinen materiaali ja useimmilla maatiloilla hyvin saatavilla. Selvityksen pohjalta opiskelijat suunnittelivat laboratoriokokeen, jossa kauran oljen läpi kierrätettiin kukkaravinteella terästettyä järvivettä ja analysoitiin ravinteiden määrä kierrätettävästä vedestä kokeen aikana ja myös oljesta kokeen päätteeksi.
Kuva 1. Savonia-ammattikorkeakoulun ympäristötekniikan opiskelijat Anni Komulainen, Laura Hokkanen, Marianne Hypén ja Lotta Toivanen kiertovesijärjestelmän rakennuspuuhissa projekti-insinööri Tero Kuhmosen kanssa.
Kuinka ravinteet voivat sitoutua olkeen?
Olki itsessään voi absorboida jonkin verran ravinteita samalla, kun siihen imeytyy ravinnepitoista vettä. Tämä ei kuitenkaan ole kovin tehokas tapa sitoa ravinteita, koska ravinteet eivät konsentroidu olkeen. Olkibiosuodattimen toiminta perustuu mikrobipopulaatioista muodostuneeseen biofilmiin, joka voi käyttää oljen pintaa kasvualustana ja ohivirtaavan veden ravinteita kasvuun. Mikrobeihin ja siten olkeen sitoutuneiden ravinteiden määrä kasvaa sitä mukaan, kun mikrobimassa kasvaa. Tällä tavalla peltojen valumavesistä esim. ojavedestä olkeen sitoutuneet ravinteet voidaan palauttaa takaisin pellon ravinnekiertoon, kun suodattimessa käytetty olki levitetään pellolle ja mullataan.
Laboratoriokoe kauran oljelle
Olkibiosuodatinkoe toteutettiin Savonia-ammattikorkeakoulun yhteiskäyttölaboratorion kylmähuoneessa (7 - 8 °C) kevättalvella 2018. Sitä varten opiskelijat valmistivat rakennelman, jossa ravinnepitoista järvivettä (keskimäärin 1,4 mg PO43- -P/l ja 7,5 mg TN/l) kierrätettiin verkkokoriin löyhästi pakatun olkimassan (n. 300 g) läpi pumppaamalla vettä yläkautta ämpäristä tehdyn siivikon läpi (Kuva 2). Ämpärin pohjaan oli tehty reikiä 1 cm välein eli ämpäri vuosi kuin seula ja ravinnevesi sadettui oljen päälle ja palautui takaisin vesialtaaseen. Vesipumppu oli säädetty toimimaan 15 minuutin sykleissä ja sen virtaama oli noin 200 l/h.
Kuva 2. Ämpärisiivikko, olkikori ja vesisäiliö, josta ravinnevesi pumpattiin ylös ämpäriin ja sadettui oljen päälle. Huom. Vesipumppu ei näy tässä kuvassa.
Koe kesti viisi viikkoa, jonka aikana seurattiin veden fosfaattien sekä kokonaistypen ja eri typpilaatujen (ammonium-, nitraatti- ja nitriittitypen) pitoisuuksia kierrätettävässä vedessä (Kuva 3). Vesi vaihdettiin kerran viikossa uuteen. Analysoitujen ravinnepitoisuuksien ja vesimäärän avulla voitiin laskea ravinteiden poistuma kiertovedestä, koska pitoisuuksien vertailu suoraan ei ollut mahdollista suuren haihdunnan takia. Myös oljesta analysoitiin kokeen alussa ja lopussa pääravinteiden (N, P, K ja S) määrät kasvianalyysillä.
Kuva 3. Kolmannen vuoden ympäristötekniikan opiskelija Anni Komulainen viikoittaisten vesianalyysien parissa.
Fosfaatti ja typpi vähenivät kiertovedessä
Toisella koeviikolla aloitettiin olkisuodatinjärjestelmässä kiertävien vesierien analysointi. Kiertovedestä laskettiin poistuneiden ravinteiden määrä suhteessa niiden lähtömäärään ja tulokset on esitetty kuviossa 1 poistumaprosentteina (%). Kuviosta 1 voidaan nähdä, että sekä fosfaatin (PO43-) että kokonaistypen (TN) poistuma (%) kasvoi kokeen edetessä. Fosfaattia poistui enemmän kuin typpeä (Kuvio 1). Tästä voidaan päätellä, että biofilmi kasvoi kokeen edetessä ja käytti koko ajan enemmän ravinteita kiertävästä vedestä.
Kuvio 1. Fosfaatin (PO43- ) ja kokonaistypen (TN) poistuma (%) olkibiosuodattimen läpi kierrätetystä vedestä.
Kauran olkeen sitoutui typpeä ja fosforia
Kauranolkinäytteet analysoitiin ennen koetta ja kokeen päätteeksi. Olkikorissa oli kauranolkea noin 300 g. Tulosten mukaan yhteen kuiva-ainekiloon kauranolkea sitoutui 2,3 g typpeä ja 0,3 g fosforia kokeen aikana. Kokonaistypen määrä oljessa lisääntyi 32 % ja fosforin 27 %. Tämä viittaa siihen, että biofilmi pidättää ravinteita olkeen, mutta on myös mahdollista, että osa siitä on imeytynyt siihen. Taasen kaliumin ja rikin määrät vähenivät oljessa: - 10 g K/kg ka (- 87 %) ja - 0,4 g S/kg ka (- 38 %). Koska olki on koko ajan märkää, on todennäköistä, että se alkaa hajota kokeen aikana, mikä voi aiheuttaa joidenkin ravinteiden hävikkiä (Kuva 4).
Kuva 4. Viiden viikon koejaksolla oljet alkoivat homehtua, mutta muuten niiden rakenne oli säilynyt hyvin.
Kokeen johtopäätöksiä
Tämän yksinkertaisen ja lyhytkestoisen laboratoriokokeen tulosten perusteella voidaan todeta, että olkeen voi sitoutua typpeä ja fosforia. Molempien ravinteiden määrä väheni oljen läpi kierrätetyissä vesissä ja niiden määrä olkimassassa kasvoi. Koska typen ja fosfaatin poistuma kasvoi kokeen edetessä, tulokset viittaavat siihen, että biofilmi kasvaa ja käyttää yhä enemmissä määrin ravinteita vedestä, ja että mikrobit pystyvät käyttämään kauranolkea kasvualustana.
Olkibiosuodatin ei kuitenkaan ole kovin tehokas ravinteiden pidättäjä verrattuna esim. reaktiivisiin kemikaaleihin tai laskeutusaltaiden ja kosteikkojen kykyyn pidättää ravinteita. Mitä enemmän olkea eli pinta-alaa kasvua varten on, sitä enemmän siihen on mahdollisuus sitouttaa ravinteita biofilmin avulla.
Olki on kuitenkin varsin edullinen, biologinen, uusiutuva, kierrätettävä ja saatavilla oleva materiaali. Tällaisessa olkibiosuodattimessa ei tarvitse käyttää putipuhdasta kuivikkeeksi tai ruokintaan käypää olkea, vaan voidaan käyttää ”roska- tai ylijäämäolkea” (Kuva 5), jota saattaa kertyä esim. kuivikevarastojen lattioille.
Kuva 5. Taivasalla seissyttä olkea
Oljen testaamista kenttäolosuhteissa
Kesän 2018 aikana RavinneRenki-hankkeessa testataan kolmea erilaista olkibiosuodatinmallia Ylä-Savon ammattiopiston Peltosalmen ja Hingunniemen opetusmaatiloilla. Kenttäkokeissa testataan eri olkibiosuodatinmallien toimivuutta, kuinka ne vaikuttavat läpisuodatetun veden ravinnepitoisuuksiin ja paljonko niihin pidättyy ravinteita vajan parin kuukauden koejakson aikana.
Opiskelijoiden projektityön ohjaajat: Rantala Teija, Rahkonen Terhi ja Antikainen Sanna
Yhteistyötä ja pieniä askelia vesistön kunnostamiseen (Julkaistu 1.2.2017)
Millaisilla järvillä tavataan sinilevää? Voiko vesikirppuja istuttaa? Kestääkö särkikanta hoitokalastusta? Tällaisia kysymyksiä nousi esille vesistökunnostusverkoston talviseminaarissa Lahdessa 26.1.2017. Mukana oli yli 130 vesistöistä kiinnostunutta henkilöä yli 70 eri yhteisöstä tai organisaatiosta.
Seminaarissa nousi esille monessa puheenvuorossa yhteistyö. Vesistön hoitoa jokainen voi tehdä osaltaan ympäristöä huomioivilla toimillaan, mutta laajaa yhteistyötä tarvitaan suurempiin hoitotöihin, kuten kylärannan kunnostamiseen ja hoitokalastukseen sekä valuma-alueelta tulevan kuormituksen vähentämiseen. Vaikka otetaan vain pieniä askeleita eteenpäin – ja joskus menee joku askel taaksepäin esimerkiksi sääilmiöiden vuoksi - niillä on kuitenkin merkitystä vesistön kuntoon saattamisessa pitkällä aikajänteellä. Tärkeää on katsoa eteenpäin.
Lahden Vesijärvi on hyvä esimerkki siitä, kuinka 1970-luvulla huonossa tilassa ollut järvi on saatu 40 vuotta myöhemmin huomattavasti paremmaksi määrätietoisilla ja yhteisillä toimilla. Edelleen työtä tehdään tämän eteen Vesijärven ympärillä: http://www.puhdasvesijarvi.fi/.
Pohjois-Karjalassa vesistöt ovat tärkeä osa maisemaa: lähes 20 % maakunnan pinta-alasta on vesistöä. Järviruoko on vallannut laajoja alueita järvien matalilla rannoilla. Ravinnerenki-hankkeessa teemme havaintokokeita järviruo’on käyttämisestä pellon maanparantamiseen Liperissä ja pääsin kertomaan tästä asiasta seminaarissa. Työ alkoi jo Maa- ja kotitalousnaisten Rannat kuntoon – hankkeessa Liperin pilottikohteessa, missä tavoite oli saada järviruokoa vesistöstä pellon laidalle kustannustehokkaasti. Näin saamme ravinteita ja järveen maatuvaa ainesta poistettua järvestä ja siirrettyä hyötykäyttöön. Ravinnerenki – hanke jatkaa siirtämällä järviruokomassa pellon laidalta peltoon. Hankkeen aikana selvitämme pilottikohteilla, miten massa maatuu pellolle levitettävään muotoon, mitä kalustoa voi käyttää levittämisessä ja miten se vaikuttaa pellossa Järvi-Suomen alueella. Tästä tiedämme enemmän sitten parin vuoden päästä.
Tässä video työnäytöksestä: https://www.youtube.com/watch?v=JyYnfqcE2cs
Päivi Jokinen, ProAgria Pohjois-Karjala, maa- ja kotitalousnaiset; Eräs Ravinnerenki Pohjois-Karjalasta
Ravinnerenki Juuan havaintomaatilalla
Ravinnerenki hankkeessa yhtenä tärkeänä toimenpiteenä on havaintomaatilatoiminta. Hankkeessa saatetaan yhteen niin viljelijät, tutkijat, koulutustoiminta kuin ProAgrian asiantuntijat. Maatiloilta saadaan koottua tärkeää käytännönläheistä tietoa tukemaan koetoimintaa. Hankkeessa virallinen koetoiminta on keskitetty Luke:n Maaningan tutkimusasemalle.
Elina leikkaa määräalanäytettä.
Aholan tila Juuasta on yksi hankkeen havaintomaatiloista. Teimme siellä ensimmäiset havainnot liittyen kokeeseen ravinteiden oton biologia. Kokeen tavoitteena on selvittää lietteen sijoittamalla levityksen vaikutuksia nurmen kasvukuntoon ja satotasoihin. Kokeessa otetaan määräalanäytteitä renkaan jäljistä, itse pellosta ja päisteistä. Näin saadaan nurmen satovaihteluista tietoa. Lisäksi havainnoidaan nurmen tiheyttä ja rikkakasvipitoisuutta. Kokeessa havainnoidaan myös raskaiden lietekärrien ja muiden peltokoneiden vaikutusta maan rakenteeseen. Vaikutukset näkyvät erityisesti lohkojen päisteissä. Satotasomääritykset tukivat tätä, eli päisteissä ja rankaan jäljissä kasvusto on heikompaa.
Renkaa jäljissä aukkoja.
Havaintomaatilalla on myös toinenkin koe varastokaliumiin liittyen. Havaintolohkolta lasketaan paalien määrä ja punnitaan muutama paali. Näin saadaan tarkasti satotasot. Kun otetaan huomioon lohkolle levitetyt lannoitteet ja saatu sato, saadaan laskettua ravinnetase. Lohkolta analysoidaan varastokalium ja tutkitaan sen merkitystä nurmen sadontuottoon.
Havaintomaatilatoiminta on erittäin opettavaista ja mukavaa työtä meille ProAgrian asiantuntijoille. Pellot Tuottamaan hankkeessa Pohjois-Karjalassa havaintokokeita oli 58 tilalla vuosina 2009 - 2013. Kokemukset olivat myönteisiä.
Elina Keski-Soini ja Kaisa Matilainen Ravinnerenkeinä
Muualta verkosta löytyvieä Ravinnerengin blogeja:
