Vesitalouden hallinta maatalousvaltaisilla valuma-alueilla (VESIMA) – Loppuraportti 2025

TIIVISTELMÄ

VESIMA-hanke toteutettiin vuosina 2022–2024 yhteistutkimushankkeena (Salaojituksen tutkimusyhdistys ry, Salaojayhdistys ry, Luonnonvarakeskus, Aalto-yliopisto ja Sven Hallinin tutkimussäätiö sr). Hankkeessa kehitettiin valuma-alueen vesitalouden suunnittelun tueksi käytännön ohjeistuksia ja tutkittiin vesitaloudellisten toimenpiteiden vaikutuksia sadontuotantoon ja ympäristöön. Tarkasteltuihin toimenpiteisiin lukeutuivat säätösalaojitus, salaojakastelu, täydennysojitus sekä maan kuohkeutus, jotka voivat parantaa peltoviljelyn tuottavuutta, vähentää vesistökuormitusta ja edistää kestävää maataloutta.
Hanke oli jatkoa aiemmille Vesitalouden hallinta vesiensuojelussa -hankkeille (VesiHave, 2018–2020 ja VesiHave2, 2021–2022).

VESIMA-hanke koostui viidestä osahankkeesta:

Osahankkeessa 1 koottiin valuma-aluelähtöisen suunnittelun tueksi käytännön suunnitteluohjeistus sekä selvitettiin vesitaloudellisten toimenpiteiden vaikutuksia sadontuotantoon ja ympäristöön. Selvitys osoitti, että monet vesienhallintatoimenpiteet voivat samanaikaisesti vähentää ympäristölle ja alkutuotannolle aiheutuvia haittoja. Toimenpiteiden tehokkuus riippui alueen erityispiirteistä ja niiden koosta. Pitkäaikaisseuranta eri
toimenpiteiden toiminnan varmistamiseksi ja vaikutusten todentamiseksi eri olosuhteissa todettiin tarpeelliseksi.

Osahankkeessa 2 tutkittiin peltoviljelyn tuottavuuden parantamista ja vesistökuormituksen vähentämistä säätösalaojituksella ja salaojakastelulla. Osahankkeessa jatkettiin vuonna 2019 Sievin salaojakoekentällä Pohjois-Pohjanmaalla aloitettuja mittauksia sekä mittaustulosten analysointia. Säätösalaojitus ja salaojakastelu mahdollistivat pohjaveden pinnan pitämisen tavanomaista korkeammalla kasvukauden aikana. Samalla ravinnekuormitus väheni ja sato kasvoi. Kasvihuonekaasuemissiot olivat osassa havaintoja pienemmät säätösalaojitetulta ja kastellulta alueelta kuin verrokkialueelta, mutta erot havaintokertojen
välillä olivat suuremmat kuin koealueiden välillä.

Osahanke 3 selvitti valtaojan padotuksen vaikutusta pohjaveden pinnankorkeuteen. Kohdealueena oli Korvenoja Järvikylässä Sievissä, jossa jatkettiin syksyllä 2019 aloitettuja mittauksia. Vedenpinta pysyi pääosin padotuskorkeudessa, mutta padotuksen vaikutusta pohjaveden korkeuteen oli vaikea arvioida kentän vaihtelevan maalajin ja siitä aiheutuneen vaihtelevan vedenjohtavuuden vuoksi.

Osahanke 4 tutki peltoviljelyn tuottavuuden parantamista ja vesistökuormituksen vähentämistä täydennysojituksella sekä maan biologisella ja mekaanisella kuohkeutuksella. Kohdealueena oli Nummelan salaojakoekenttä Jokioisissa, erityisesti sen märkyydestä kärsinyt lohko. Biologinen ja mekaaninen kuohkeutus paransivat maan ominaisuuksia, mutta suuren hajonnan vuoksi erot eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. Biologinen kuohkeutus vaikutti lisäävän maan huokoisuutta, kun taas mekaaninen kuohkeutus vähensi jankon mekaanista vastusta tehokkaammin. Koekentällä tutkittiin myös pitkäaikaisen märkyyden aiheuttaman huonon fosforiluvun nostamista fosforilannoituksella. Tulosten perusteella huonoksi päässyt maan fosforiluku nousee hitaasti ja vaatii suuria lannoitemääriä.

Osahankkeessa 5 tutkittiin viljely- ja sääolosuhteiden vaikutusta maatalousmaiden vesistökuormitukseen pitkäaikaisten mittausten (2007-) perusteella. Kohdealueena oli Gårdskullan kartanon kaksi peltolohkoa Siuntion Kirkkojoen valuma-alueella. Viljelytavan muuttuminen, kuten siirtyminen tavanomaisesta viljan viljelystä luomunurmen viljelyyn tai karjanlaidunnukseen, vaikuttivat enemmän ravinnekuormitukseen kuin vuosittaiset
erot eri vuodenaikojen hydrologisissa olosuhteissa. Muutokset vaikuttivat erityisesti typpikuormitukseen: muutosten vaikutus typpikuormitukseen oli suurimmillaan yli nelinkertainen verrattuna niiden vaikutukseen fosforikuormituksessa.

VESIMA-hankkeen tulokset osoittavat, että vesitaloustoimenpiteiden avulla on mahdollista saavuttaa hyötyjä pellon tuottavuuteen samanaikaisesti vähentäen ravinnekuormitusta. Vesienhallintatoimet, kuten kuivatus ja kastelu, voivat vaikuttaa maan mikrobitoimintaan, ja sitä kautta kasvihuonekaasupäästöihin, mutta tässä hankkeessa tutkituilla tavanomaisilla (ei happamilla sulfaattimailla), viljelyssä olevilla kivennäismailla ei havaittu merkitsevää, systemaattista eroa kasvihuonekaasupäästöissä eri vesienhallintatoimilla. Hankkeen tulokset ovat laajasti sovellettavissa peltoalueiden kuivatusjärjestelmien parantamiseen käytännössä sekä eri ojitusratkaisujen vaikutusten arviointiin maatalouden vesiensuojelussa. Hankkeen tulokset ovat myös hyödynnettävissä maatalouden ympäristönsuojelun ja tuotannollisten investointien tukien kehittämisessä. Tuloksia on viety käytäntöön tiedottamalla niistä hallinnolle, viljelijöille, suunnittelijoille, urakoitsijoille ja maatalousneuvojille. Mittaustoiminta jatkuu useimmilla koekentillä uusien tutkimushankkeiden puitteissa.

SAMMANDRAG

VESIMA-projektet genomfördes under åren 2022–2024 som ett gemensamt forskningsprojekt (Forskningsföreningen för täckdikning rf, Täckdikningsföreningen rf, Naturresursinstitutet, Aalto-universitetet och Sven Hallins forskningsstiftelse sr). Projektet utvecklade praktiska riktlinjer för planering av vattenhushållning på avrinningsområdesnivå och undersökte effekterna av vattenhushållningsåtgärder på skörd och miljö. De åtgärder som granskades omfattade reglerad dränering, underbevattning, kompletterande dränering samt jordluckring, vilka kan förbättra produktiviteten inom åkerbruket, minska belastningen på vattendrag och främja ett hållbart jordbruk. Projektet var en fortsättning på de tidigare ”Vesitalouden hallinta vesiensuojelussa” -projekten (fritt översatt: Vattenhushållning för vattenvård) (VesiHave, 2018–2020 och VesiHave2, 2021–2022).

VESIMA-projektet bestod av fem delprojekt:
Delprojekt 1 sammanställde praktiska planeringsanvisningar för avrinningsområdesbaserad planering och utredde effekterna av vattenhushållningsåtgärder på skörd och miljö. Utredningen visade att många vattenhanteringsåtgärder samtidigt kan minska de negativa effekterna på miljön och på primärproduktionen. Åtgärdernas effektivitet berodde på områdets särdrag och storlek. Långtidsuppföljning ansågs nödvändig för att säkerställa funktion och verifiera effekter under olika förhållanden.

Delprojekt 2 undersökte hur reglerad dränering och underbevattning kan förbättra produktiviteten och minska belastningen på vattendrag. Delprojektet fortsatte de mätningar som inleddes år 2019 på försöksfältet i Sievi i Norra Österbotten samt analysen av mätresultaten. Reglerad dränering och underbevattning möjliggjorde att grundvattennivån hölls högre under växtsäsongen, vilket minskade näringsbelastningen och ökade skörden. Växthusgasutsläppen var i vissa observationer lägre på reglerade och bevattnade området än på referensområdet, men variationen mellan olika observationstillfällen var större än mellan försöksområden.

Delprojekt 3 utredde effekten av dämning i utfallsdiken på grundvattennivån. Studien utfördes i Korvenoja, Järvikylä i Sievi, där mätningar inleddes hösten 2019. Vattennivån hölls mestadels vid dämningshöjden, men effekten på grundvattennivån var svår att bedöma på grund av varierande jordarter och därmed varierande vattenledningsförmåga.

Delprojekt 4 undersökte hur kompletterande dränering samt biologisk och mekanisk jordluckring påverkar produktivitet och näringsbelastning. Studien utfördes vid Nummela försöksfält i Jockis, särskilt på den mest vattensjuka delen. Både biologisk och mekanisk luckring förbättrade jordens egenskaper, men skillnaderna var inte statistiskt signifikanta på grund av stor variation. Biologisk luckring ökade jordens porositet, medan mekanisk luckring mer effektivt minskade motståndet i alven. På försöksfältet undersöktes även hur fosforhalten, som försämrats på grund av dåligt fungerande dränering under en lång tid, kan höjas genom fosforgödsling. Resultaten visade att fosfortalet stiger långsamt och kräver stora gödselmängder.

Delprojekt 5 studerade hur odlings- och väderförhållanden påverkar näringsbelastningen från jordbruksmark baserat på långtidsmätningar (sedan 2007). Studien utfördes på två åkerblock vid Gårdskulla gård i Sjundeå, inom Kyrkåns avrinningsområde. Förändringar i odlingsmetoder, såsom övergång från spannmålsodling till ekologisk vall eller betesmark, hade större effekt på näringsbelastningen än årliga variationer i hydrologiska förhållanden. Effekten var störst för kvävebelastningen, som kunde vara mer än fyra gånger större än effekten på fosforbelastningen.

VESIMA-projektets resultat visar att vattenhushållningsåtgärder kan förbättra åkerns produktivitet samtidigt som näringsbelastningen minskar. Åtgärder som dränering och bevattning kan påverka jordens mikrobiella aktivitet och därigenom växthusgasutsläpp, men på de mineraljordar som studerades (ej sura sulfatjordar) observerades inga signifikanta, systematiska skillnader i utsläpp mellan olika vattenhushållningsåtgärder. Resultaten är brett tillämpbara för att förbättra dräneringssystem i praktiken och för att bedöma effekterna av olika dräneringslösningar inom jordbrukets vattenvård. Projektets resultat kan även utnyttjas vid utvecklingen av jordbrukets stödpolitik. Resultaten har spridits till myndigheter, odlare, planerare, entreprenörer och rådgivare. Mätningarna fortsätter på de flesta försöksfält inom ramen för nya forskningsprojekt.

ABSTRACT

The VESIMA project was carried out between 2022 and 2024 as a collaborative research initiative (Drainage Research Association, Finnish Field Drainage Association, Natural Resources Institute Finland, Aalto University, and Sven Hallin Research Foundation). The project developed practical guidelines to support water management planning at the catchment scale and studied the effects of water management measures on crop production and the environment. The measures examined included controlled drainage, subirrigation, supplementary drainage, and soil loosening, all of which can improve agricultural productivity, reduce nutrient loading to water bodies, and promote sustainable farming. The project continued earlier initiatives on water management for water protection (VesiHave, 2018–2020 and VesiHave2, 2021–2022).
The VESIMA project consisted of five work packages:

Work package 1 compiled practical planning guidelines for catchment-based water management and assessed the impacts of water management measures on crop productionand the environment. The study showed that many water management measures can simultaneously benefit both the environment and primary production. The effectiveness of these measures depended on local characteristics and scale. Long-term monitoring was deemed necessary to verify functionality and impacts under varying conditions.

Work package 2 focused on improving crop productivity and reducing nutrient loading through controlled drainage and subsurface irrigation. Measurements and data analysis continued at the Sievi controlled drainage test field in Northern Ostrobothnia, where monitoring began in 2019. Controlled drainage and irrigation allowed groundwater levels to remain higher than usual during the growing season, reducing nutrient loading and
increasing yields. Greenhouse gas emissions were sometimes lower in controlled and irrigated plots compared to reference plots, but differences between observation times were greater than differences between test areas.

Work package 3 examined the effect of main ditch damming on groundwater levels. The study area was Korvenoja in Järvikylä, Sievi, where measurements started in autumn 2019. Water levels generally remained at the damming height, but assessing the impact on groundwater was challenging due to variable soil types and resulting differences in hydraulic conductivity.

Work package 4 investigated improving crop productivity and reducing nutrient loading through supplementary drainage and biological and mechanical soil loosening. The study area was the Nummela drainage test field in Jokioinen, particularly its wettest section. Both biological and mechanical loosening improved soil properties, but differences were not statistically significant due to high variability. Biological loosening appeared to increase soil porosity, while mechanical loosening more effectively reduced subsoil resistance. The test field also examined raising low phosphorus levels caused by prolonged wetness through phosphorus fertilization. Results indicated that restoring phosphorus levels is slow and requires large amounts of fertilizer.

Work package 5 studied the effects of cultivation and weather conditions on nutrient loading from agricultural soils based on long-term measurements (since 2007). The study area consisted of two field plots at Gårdskulla estate within the Siuntio Kirkkojoki catchment. Changes in cultivation practices, such as shifting from conventional cereal production to organic grass or cattle grazing, had a greater impact on nutrient loading than annual hydrological variations. Changes particularly affected nitrogen loading, which was up to four times more influenced than the phosphorus loading.

The results of the VESIMA project show that water management measures can simultaneously improve field productivity and reduce nutrient loading. Drainage and irrigation practices can influence soil microbial activity and, consequently, greenhouse gas emissions, but on the mineral soils studied (not acid sulfate soils), no significant systematic differences in emissions were observed between different water management measures. The findings are widely applicable for improving field drainage systems and assessing the impacts of different drainage solutions in agricultural water protection. The results of the project can also be utilized in the development of support schemes for environmental protection and investment subsidies in agriculture. Results have been disseminated to authorities, farmers, planners, contractors, and agricultural advisors. Measurement activities continue at most experimental fields within the framework of new research projects.