Säätösalaojituksen ja valtaojan padotuksen yhteisvaikutus pellon vesitalouteen

Maataloudessa on osattava varautua muuttavan ilmaston myötä uusiin haasteisiin, sillä paikoitellen voimakkaasti vaihteleva säätila ja sään ääri-ilmiöt kuten pitkät kuivuusjaksot ja rankkasateet lisääntyvät kasvukaudella. Säätöojitus eli valtaojan padotus ja säätösalaojitus ovat vesienhallintamenetelmiä, joilla voidaan säätää kuivatusjärjestelmän kapasiteettia muuttuvien olosuhteiden mukaan. Vielä ei kuitenkaan riittävän tarkasti tunneta, kuinka säätömenetelmät vaikuttavat pellon vesitalouteen sääolojen vaihdellessa.

Työn tavoitteena oli tutkia, millainen yhteisvaikutus säätösalaojituksella ja valtaojan padotuksella on pellon hydrologiaan. Tutkimuksessa simuloitiin Pohjois-Pohjanmaalla Sievissä sijaitsevan koepellon vesitasetta ja pohjavedenpinnan korkeuksia kahdentoista vuoden ajalta (2010–2021). Simulaatiot tehtiin FLUSH-mallilla, jolla kuvattiin pellon tärkeimpiä hydrologisia prosesseja kaksiulotteisessa laskentaverkossa. Tutkimuksessa tehtiin neljä eri kuivatusskenaariota: tavanomainen salaojitus, säätösalaojitus, valtaojan padotus ja säätösalaojitus yhdistettynä valtaojan  padotukseen.

Kaikki säätöojitusmenetelmät vähensivät salaojien alapuolisten (syvyys >1 m) pohjavedenpintojen esiintymistä kasvukaudella. Säätösalaojituksen vaikutus pohjavedenpintaan oli suurempi ja tasaisempi koko pellolla kuin pelkän valtaojan padotuksen, sillä valtaojan padotus näkyi pohjavedenpinnoissa vain valtaojan läheisyydessä. Säätösalaojitus yksin vähensi salaojavaluntaa kuivatusskenaarioista eniten, kun taas haihdunta kasvoi voimakkaitten säätömenetelmien yhteisvaikutuksesta. Valtaojan padotus kasvatti salaojavaluntaa.

Pintavalunta lisääntyi kaikissa säätöojitusskenaarioissa. Simulaatiotulosten mukaan säätöojituksen vaikutukset haihduntaan olivat suurimmat kuivana vuonna. Säätösalaojituksella ja valtaojan padotuksella on potentiaalia vähentää haitallista kuivuutta ruoantuotantoalueilla. Pelkästään säätöojituksella on kuitenkin hankala optimoida koko pellon vesitaloutta topografian ja sääolojen vaihtelevuuden takia.

———————————–

Agriculture is facing challenges as climate change will increase climate variability and occurrence of dry and wet periods during growing seasons. Controlled drainage (CD), including both controlled subsurface drainage and damming of the main collector ditch, is a water management method that can adjust the capacity of the drainage system in relation to prevailing weather conditions. However, the understanding of how these management practices affect the water balance and groundwater table of a field as weather conditions vary is limited. This simulation study focused on the effects of adaptive water management solutions on field hydrology in Nordic conditions. The objective was to understand the potential of controlled subsurface drainage combined with damming of main collector ditch for ground water level and field water balance management. The simulations were run with process-based hydrological model FLUSH. The two-dimensional model parameterization described a flat loamy field in Northern Ostrobothnia, Finland. Different water management scenarios were simulated for a period of twelve years (2010-2021) using previous parametrization of the study site.

Four different drainage scenarios were studied: 1. base scenario with conventional drainage, 2. simultaneous control of subsurface drainage and the collector ditch, 3.controlled subsurface drainage, and 4. damming of the collector ditch. All scenarios reduced the probability of groundwater tables below the drain depth (depth > 1 m) during the growing seasons. The effect of controlled subsurface drainage on groundwater levels was greater and more uniform across the field than ditch damming alone. Controlled subsurface drainage reduced the drain discharge the most while evapotranspiration was increased most when applying both CD methods simultaneously. Damming of the main collector ditch increased drain discharge while surface runoff was increased in all CD scenarios. The simulation results demonstrated that the effects of CD on evapotranspiration were greatest during dry years. Both controlled subsurface drainage and damming of the main collector ditch have potential to reduce drought in food production areas. However, it is difficult to optimise the water management of the entire field with CD alone because of both spatial and temporal variability due to e.g. field topography and weather conditions