Savimaiden eroosio

Valumisvesien kiinteiden hiukkasten merkitys vesistöjen kuormittajana voi olla paljon suurempi kuin vesiliukoisesta fosforista koituva kuormitus. Hapettomissa olosuhteissa jopa 35 60 % kiinteitten hiukkasten fosforista voi olla leville käyttökelpoista. Suomessa tärkeimmät eroosion mekanismit savimaissa ovat sadepisaroitten iskut maan pintaan ja saveshiukkasten diffuusio (lämpöliike) kiinteästä maasta maan veteen. Savimaan pinnan liettyminen ja kuorettuminen vähenevät maan jäykkyyden kasvaessa. Sen sijaan diffuusioeroosio kasvaa savespitoisuuden kohotessa. Diffuusioeroosion mekanismeihin ja torjuntaan on kiinnitetty tutkimuksissa vähän huomiota, vaikka se on maissamme ilmeisesti tärkein eroosion muoto. Tutkimushankkeen tavoitteena oli selvittää savimaittemme 1)eroosiomekanismeja, 2)eroosion voimakkuuteen vaikuttavia tekijöitä, 3)keinoja vähentää savimaittemme eroosiota ja 4)tutkia eroosion mallintamista oloissamme.

Maan fysikaalis-kemiallisesti aktiivisia komponentteja ovat savimineraalit, heikosti kiteytyneet alumiini- ja rautaoksidit ja humus. Nämä ainekset määräävät maan rakenteen kestävyyden. Tutkimushankkeessa saatiin odotettu tulos: Maan kestävyys sadepisaroitten iskulle paranee maan savespitoisuuden kasvaessa. Sen sijaan kestävyys diffuusioeroosiolle heikkenee savespitoisuuden noustessa. Humuspitoisuudelle ei saatu selvää vaikutusta. Humuksesta alle 10 % on lankamaisia tehokkaasti maahiukkasia liimaavia yhdisteitä. Ilmeisesti humuksen laatuun tulisi kiinnittää tarkempaa huomiota. Heikosti kiteytyneet rautaoksidit stabiloivat tunnetusti maan mururakennetta. Maan rautaoksidien stabiloiva vaikutus tuli esille myös suoritetussa hankkeessa.

Negatiivisesti varautuneet saveshiukkaset ovat ns. vaihtuvien kationien välityksellä kiinni toisissaan. Yleisin vaihtuva kationi on kalsium, joka flokkuloi maahiukkasia mikromuruiksi. Murujen synnyssä ovat mukana myös liimaavat nauhamaiset humusmolekyylit ja alumiini- ja rautaoksidit. Sadepisaroitten iskuja kestävän mururakenteen muodostuminen vaatii maan kuivumista välillä, jotta hiukkaset pääsevät riittävän lähelle toisiaan. Diffuusioeroosion torjumiseksi riittää kuitenkin vähäinenkin yksittäisten hiukkasten yhteenliittyminen. Tämä voitiin hankkeessa osoittaa nojautumalla Einsteinin 1905 luomaan teoriaan pienten hiukkasten lämpöliikkeestä nesteessä. Laskennan mukaan hieno saves (läpimitta alle 0,2 mikrometriä) on altista diffuusiolle maan veteen epästabiilista huokospinnasta. Vähäinenkin flokkulaation parantaminen estää diffuusion.

Muokkaus leikkaa maahan tuoreita pintoja, jotka eivät ole ehtineet stabiloitua minkään mekanismin avulla. Näistä tuoreista pinnoista saveshiukkaset diffundoituvat nopeasti maan veteen. Muokkauksen eroosiota lisäävä vaikutus tuli tässäkin hankkeessa esille. Tutkimus osoitti, että maanparannusaineilla voidaan parantaa hiukkasten flokkulaatiotaipumusta ja siten tehokkaasti vähentää eroosiota ja fosforikuormitusta vesille. Tällaisia tehokkaita aineita ovat teollisuuden sivutuotteet: ns. piippukalkki hienojakoinen kalsiumkarbonaatti, puutavarateollisuuden sivutuote nollakuitu ja teollisuuden tuottama kipsi. Mielenkiintoinen on myös tulos, että maanparannusaineilla voidaan leikata korkeita liukoisen fosforin pitoisuuksia valumisvedessä. Tehokkaimmin voidaan torjua savimaan eroosiota yhdistämällä maan parannusaineiden käyttö minimimuokkaukseen tai suorakylvöön. Hankkeessa tutkittiin eroosion estämisessä myös synteettisiä nauhamaisia liima-aineita, jotka muistuttavat luonnossa syntyviä maahiukkasia koossa pitäviä yhdisteitä, mutta hajoavat maassa hitaasti. Synteettiset kuidut osoittautuivat tehokkaiksi murujen muodostajiksi, mutta käytännön tekniikka ja taloudellisuuden arviointi puuttuu.