Typpitase ja -huuhtouma salaojitetussa savimaassa

Tässä työssä tutkittiin eri tavoin salaojitettujen peltoalueiden typpitaseita ja -huuhtoumia. Lisäksi tarkasteltiin suurimpien valuntojen, valumavesien typpipitoisuuksien ja typpikuormien esiintymistä. Tulosten perusteella arvioitiin valunnan ja typpipitoisuuden merkitystä kuormituksen suuruuden määräävinä tekijöinä. Tutkimuksessa käytettiin Nummelan tutkimuspellolta Jokioisista vuosien 2007–2017 aikana kerättyä mittausaineistoa. Tutkimuspelto oli jaettuna neljään tutkimuslohkoon, joiden salaojitukset erosivat niin ojaväliltään, 6–32 metriä, kuin toimenpidevuosiltaan 1952/2008/2014. Mittausaineiston avulla muodostettiin lohkottaiset kokonaistypen porttitaseet ja peltotaseet, joissa huomioitiin sadon lisäksi poistumana pintakerros- ja salaojavalunnan mukana poistunut typpi. Peltotaseen jäännöstermiin sisältyviä kaasumaisia typpipäästöjä ja pohjavesivalunnan typpihuuhtoumaa arvioitiin kirjallisuudesta saatujen tietojen perusteella. Tutkimuslohkojen keskimääräinen porttityppitase (lannoitussato) oli 23–39 kg N ha-1 a-1 (vaihteluväli -10–81 kg N ha-1 a-1). Peltotyppitase, jossa poistumassa oli mukana myös salaojavalunnan ja pintakerrosvalunnan typpihuuhtoumat, oli keskimäärin 18–43 kg N ha-1 a-1 (vaihteluväli-13–79 kg N ha-1 a-1). Kaasumaisten päästöjen osuudeksi vuotuisen typpitaseen jäännöstermistä arvioitiin keskimäärin 9 % vaihteluvälin ollessa 1–59 %. Pohjavesivalunnan typpihuuhtouman vastaavaksi osuudeksi arvioitiin keskimäärin 2–6 %, vaihteluvälillä 1–34 %.

Tutkimuslohkojen peltotaseiden vuosivaihtelu toistui keskenään samankaltaisena, mikä kuvastaa ympäristötekijöiden vaikutuksen olevan merkittävämpi kuin tutkimuslohkojen salaojituksen väliset eroavaisuudet, ojituksen toimiessa. Useimpina vuosina (6/9) suurin ylijäämäinen (peltoon tullut enemmän typpeä kuin sieltä poistunut) typpitase oli lohkolla D, joka täydennysojitettiin kesäkuussa 2014 (ojaväli 32 m/10,7 m). Märkyysongelmasta johtuen tutkimuslohkolla D oli suuremmat pintakerrosvalunnat ja pienemmät salaojavalunnat ja kokonaistyppihuuhtouma kuin rinnakkaisilla tutkimuslohkoilla. Tämä näkyi myös lohkon suurentuneena typpitaseen arvona. Tutkimuslohkon märkyys ennen uusintaojitusta on mahdollistanut viereisiä lohkoja suuremmat kaasumaiset typpipäästöt ja pohjavesivirtaukset. Uusintaojituksen jälkeen tilanteen tasaantumista oli nähtävissä seuraavien vuosien alentuneissa pintakerrosvalunnan ja kasvaneissa salaojavalunnan määrissä ja typpipitoisuusarvoissa.

Tutkimusjakson lopussa typpikuormitukset olivat alueiden kesken samaa suuruusluokkaa ojavälien ollessa 6–10 m. Jokioisten Nummelan koepellolta kokonaistypen huuhtoumat ajanjaksolla toukokuu 2008 – huhtikuu 2017 vaihtelivat pintakerrosvalunnassa välillä 0,1–9 kg N ha-1 a-1 ja salaojavalunnassa välillä 2–23 kg N ha-1 a-1. Keskimääräinen kasvukauden typpitase koko peltoalueella ja tutkimusaikana oli 34 kg N ha-1 a-1. Vuotuisen huuhtouman osuus typpisyötteestä vaihteli lohkoilla seuraavasti: A-lohko 5–33 %, C-lohko 5–20 % ja D-lohko 4–16 %. Kasvukauden typpitaseen ja sitä seuraavan loka–huhtikuun ajanjakson valumavesien typpipitoisuuksien tai vastaavien typpihuuhtoumien väliltä ei ollut havaittavissa selkeää syy-seuraus-suhdetta. Mittausaineiston analyysi osoitti, että runsaat valunnat aiheuttavat suurentunutta typpi-huuhtoumariskiä suuremmalla todennäköisyydellä kuin pelkkä valumaveden suurentunut typpipitoisuus.

————————

In this study, the effect of drainage on the nitrogen balance and nutrient leaching in the cultivated field and the largest runoffs, nitrogen concentrations in runoff water and nitrogen loads were examined. Based on the results, the importance of runoff and nitrogen content as determinants of the level of load was assessed. Measurements for the study were collected from the Nummela research field in Jokioinen between 2007 and 2017. The research field was divided into four research blocks, with different subsurface drainages of ditch spacing 6–32 meters, and year of the drainage completion 1952/2008/2014. The measurements and the information obtained from the literature were used to form block-by-block total nitrogen gate and field nitrogen balances,considering not only the harvest but also the nitrogen that was removed from the subsurface runoff and through the subsurface drainage.

The average gate nitrogen balance was 23–39 kg N ha-1 a-1 with the range between -10–81 kg N ha-1 a-1. The field nitrogen balance, including leaching in output, was 18–43 kg N ha-1 a-1, ranging between -13–79 kg N ha-1 a-1. Annual gaseous nitrogen emissions were estimated as 9 % of nitrogen balance residual, with the range between 1–59 %. Nitrogen leaching during ground water flow was estimated as 2–6 % of nitrogen balance residual, ranging between 1–34 %. The annual variation of field nitrogen balances in the adjacent study blocks was similar, which corresponds to the presumption that the differences between impact of environmental factors are more important than the differences between subsurface drainage. The impact of drainage to the nitrogen balance could be seen in the extreme situation while the subsurface drainage did not work correctly in the block that had over 50-year-old subsurface drainage, ditch spacing of 32 meter, and wetness problem in the beginning of the research period. Due to the wetness problem, the research block had larger subsurface runoffs and smaller subsurface drainage runoffs than parallel research blocks. Despite the larger subsurface layer runoff, the total nitrogen load was lower and nitrogen balance higher than the adjacent blocks. The wetness also enabled increased gaseous nitrogen emissions and groundwater flows. Since re-draining, the levelling of the situation can be seen in the decreased subsurface layer runoff volumes and nitrogen concentrations, and in the increased subsurface drain runoff volumes and nitrogen concentrations.

At the end of the study period, nitrogen loads were in the same magnitude between the blocks with ditch spacing between 6 and 10 m. The average nitrogen leaching during May 2008 – April 2017 in the subsurface layer varied between 0,1–9 kg N ha-1 a-1 and in the subsurface drainage between 2–23 kg N ha-1 a-1. The average nitrogen balance for the growing season throughout the field area and during the study period was 34 kg N ha-1 a-1. Annual leaching portion from field input nitrogen varied between blocks: block A 5–33 %, block C 5–20 % and block D 4–16 %. There was no noticeable causality between growing season´s nitrogen balance and following period, November–April, nitrogen leaching. Analysis of the measurements showed that abundant runoffs increased risk of nitrogen leaching with a higher probability than an elevated nitrogen concentration of runoff water.