null Maan fosforivarat ja viljelymaan fosforilukujen kehittyminen

Artikkeli – Maaseutuympäristö

Maan fosforivarat ja viljelymaan fosforilukujen kehittyminen

26.7.2021

Maassa olevat fosforivarat voidaan jakaa biosaatavuuden perusteella: 1) aktiivinen eli liukoinen, 2) labiili eli helposti mobilisoituva ja 3) stabiili eli erittäin huonosti käytettävissä oleva fosfori.

Liukoinen fosfori on maanesteessä epäorgaanisessa tai orgaanisessa muodossa. Helposti mobilisoituvaa fosforia on oksidien pinnoilla ja helposti hajoavassa orgaanisessa aineksessa. Stabiili fosfori on mineraalirakenteissa, humuksessa tai sulkeutuneena oksidien sisäosiin. Suurin osa stabiilista fosforista on apatiittia. Hiukkaspinnoille pidättyneen ja maavedessä liukoisena olevan fosforin välillä vallitsee pyrkimys tasapainoon. Kun kasvit ottavat maavedestä epäorgaanista liukoista fosforia, maaveteen vapautuu oksidien pinnoille sitoutunutta fosforia. Kun maaveden P-pitoisuus kasvaa lannoitettaessa, osa liukoisesta fosforista siirtyy pidätyspinnoille. Kasvit siis joutuvat kilpailemaan pidättymisreaktioiden kanssa ja ne saavat vain pienen osan maahan lisätystä fosforista lisäysvuonna (Paasonen-Kivekäs ym. 2026). P-lannoitetuissa maissa kunakin vuonna kasvien ottamasta fosforista ainoastaan noin 20 % on kyseisen kasvukauden alussa lisättyä fosforia (Ylivainio & Peltovuori 2012).

Kuva 1. Maan fosforivarat. Lähteet: Uusitalo 2017, Soinne 2018

Viljavuusfosfori

Suomessa maan P-pitoisuus analysoidaan yleensä osana viljavuustutkimusta. Kasveille käyttökelpoisen fosforin pitoisuus määritetään happamalla (pH 4,65) ammoniumasetaattiuutolla. Muissa maissa on käytössä muita menetelmiä, mikä vaikeuttaa eri maiden P-pitoisuuksien vertailua.

Uutossa maasta vapautuu helppoliukoisin osa kasveille käyttökelpoisesta fosforista, joka on vain pieni osa kasvien käytettävissä olevasta ravinnevarannosta. Fosforiluku ei ole suoraan muunnettavissa kuvaamaan käyttökelpoisen fosforin määrää peltohehtaarilla. Viljelykokeiden perusteella voidaan kuitenkin arvioida, kuinka viljelykasvit reagoivat vuosittain lisättävään fosforilannoitukseen tietyllä viljavuusfosforin tasolla, ja tätä kautta tehdään tulkinta fosforilannoitustarpeesta, joka riippuu maalajista (Lemola ym. 2018).

Luke on koonnut viljavuustietoja viljavuusanalyysejä tekeviltä laboratorioilta vuosilta 1996 - 2000 ja 2005 - 2009 (Lemola ym. 2018). Selvityksen mukaan keskimääräinen viljavuusfosforipitoisuus laski kaikilla alueilla ko. ajanjaksojen välillä. Koko Suomessa keskimääräinen fosforiluvun lasku oli noin 10 % (14,5 -> 13,0 mg P/l). Varsinais-Suomen, Pirkanmaan ja Pohjanmaan ELY-keskusten alueilla kehitys oli hieman hitaampaa kuin muilla alueilla. Lapissa, Kainuussa ja Ahvenanmaalla kehitys oli muita alueita nopeampaa. Ajanjaksolla 2005 - 2009 keskimääräinen P-luku oli korkein Ahvenanmaalla (25,3 mg P/l) ja alhaisin Pirkanmaalla (9,2 mg P/ha). Kumpanakin ajanjaksona suurin osa maanäytteistä oli fosforiluokissa välttävä ja tyydyttävä. Arveluttavan korkean luokan osuus laski kaikilla alueilla ajanjaksojen välillä. Myös korkeaan, hyvään ja tyydyttävään viljavuusluokkaan sijoittuvien analyysituloksien osuus vähentyi pääsääntöisesti. Erityisesti välttävään ja mutta myös sitä alempiin viljavuusluokkiin sijoittuvien analyysitulosten osuudet kasvoivat pääsääntöisesti jaksolla 2005 - 2009 jaksoon 1996 - 2000 verrattuna.

Kuva 2. Viljavuusfosforin pitoisuuksien jakautumien eri luokkiin alueittain vuosien 2005 - 2009 tulosaineistossa. Ympyräkaavioiden koot on suhteutettu alueen viljelypinta-alaan, joka esitetään kuvassa myös numeroarvoina (1000 ha). Lähde: Lemola ym. 2019.

Maanäytteiden keskimääräiset fosforipitoisuudet ovat kääntyneet laskuun (kuva 3). Korkeimpien fosforiluokkien osuus on vähentynyt kuten on toivottavaakin. Huolestuttavaa sen sijaan on alhaisimpia fosforipitoisuuksia edustavien luokkien osuuden nopea lisääntyminen. Jos maassa ei ole kasvien tarpeeseen nähden riittäävästi käyttökelpoista fosforia, jää muitakin kasviravinteita, kuten typpeä, hyödyntämättä.

Kuva 3. Maanäytteiden P-luokkien muutokset 5-vuotiskausittain koko maassa. Keskimääräinen P-pitoisuus (mg P/l) on laskenut 12,64 milligrammasta (2001-2005) 9,72 milligrammaan (2016-2020) eli lähes neljänneksellä.

Taulukko 1. Maan fosforiluku ja viljavuusluokka. Lähde: Eurofins 25.5.2020

Fosforikuormitus vesiin

Fosfori pidättyy tehokkaasti kivennäismaissa, mutta turvemaiden luontainen P:n pidätyskyky on heikko, koska niissä ei ole juuri lainkaan fosforia sitovia Al- ja Fe-oksideja. Humuksen lisäksi myös maan korkea pH vähentää fosforin pidättymistä. Toisaalta maaveden korkea suolapitoisuus lisää pidättymistä. Kipsin toiminta P-kuormituksen vähentäjänä perustuu juuri suolapitoisuuden kasvattamiseen. Korkea suolapitoisuus pitää maapartikkeleita myös flokkuloituneena (Hartikainen 2013, Paasonen-Kivekäs ym. 2016).  

Fosforia huuhtoutuu pellolta vajoavan veden mukana liukoisessa muodossa tai partikkeliainekseen sitoutuneena sekä pintavalunnan mukana liukoisena tai eroosioainekseen sitoutuneena. Mutta miksi fosfori sitten kuormittaa vesistöjä, vaikka se sitoutuu lujasti maa-ainekseen? Vastaus löytyy pyrkimyksestä pitää tasapainoa maaveden ja hiukkaspinnoilla olevan fosforin välillä. Maaperässä on normaalisti melko vähän vettä suhteessa kiinteään ainekseen, jolloin maa-aines pystyy tehokkaasti pidättämään fosforia. Kun veden määrä maassa lisääntyy sateen tai tulvan seurauksena, laimenee maaveden suolapitoisuus. Tällöin maa-aines pyrkii vastustamaan muutosta ja alkaa luovuttaa fosforia hiukkaspinnoilta veteen. Kun hiukkaset kulkeutuvat valumaveden mukana pintavesiin, vapautuminen jatkuu edelleen. Vaikka maapartikkelit eivät lähtisi liikkeelle, voivat ne luovuttaa fosforia pinnoiltaan ohivirtaavaan veteen. Kun maamuruset hajoavat vähäsuolaisessa vedessä, vapautuu P:a myös niiden sisäosista (Hartikainen 2013, Paasonen-Kivekäs ym. 2016).

Kuormitukseen vaikuttavat maaperätekijät (maalaji, vedenläpäisevyys, lannoitushistoria, topagrafia), maankäyttö- ja viljelyhistoria (kasvit, viljelykierto, muokkaus, ojitus) ja ilmastotekijät (sateen määrä ja rankkuus, haihdunta, kasvukauden pituus, routa, lumipeitteisyys) (Paasonen-Kivekäs ym. 2016). Noin 90 % valunnasta tapahtuu kasvukauden ulkopuolella ja pääosin lumen sulamisen aikaan (Puustinen ym. 2019). 

Vaikuttamalla niihin tekijöihin, joihin pystyy vaikuttamaan, voidaan vähentää fosforikuormitusriskiä. Koska maan vesitaloudella on olennainen vaikutus P-kuormitukseen, on tärkeää huolehtia maan hyvästä rakenteesta ja toimivasta ojituksesta. P-lannoitusmäärä on sovitettava kasvin tarpeeseen ja maassa olevan käyttökelpoisen fosforin määrään, jotta maahan ei kerry ylimäärin fosforia ja toisaalta korkeita P-pitoisuuksia saadaan laskettua. Talviaikainen kasvipeitteisyys ja maan muokkauksen vähentäminen vähentää maan eroosioalttiutta ja samalla eroosioaineksen mukana kulkeutuvan fosforin huuhtoutumista. Uusimpina menetelminä P-kuormitusriskin vähentämiseen ovat tulleet maahan lisättävät kipsi, puukuitu ja rakennekalkki. Fosforin kertyminen maan pintaosiin suorakylvössä tai kevennettyä muokkausta käytettäessä lisää P-kuormitusriskiä. Kun fosfori huuhtoutuu pellolta pois, on se taloudellinen tappio viljelijälle. Ympäristöhaittaa voidaan vielä tässä vaiheessa pyrkiä vähentämään pidättämällä fosforia mm. kosteikoihin ja tai sitomalla sitä erilaisilla kemiallisilla yhdisteillä.

Kynnetyssä maassa P sekoittuu tasaisesti koko kyntökerrokseen, mutta kyntöön littyvä eroosioriskin kasvu lisää erityisesti partikkeli-P:n huuhtoutumisriskiä. Kevennettyä ja kyntö matalampaa muokkausta käytettäessä fosforivarasto rikastuu vähitellen 5 - 10 cm pintakerrokseen tai muokkaamattomassa maassa ylimpään 5 cm:n kerrokseen. Kevennetysti muokatussa tai kasvipeitteisellä lohkolla maan pintaan rikastuva P nostaa maaveden liukoisen fosforin tasapainopitoisuutta kynnettyyn maahan verrattuna ja lisää liukoisen fosforin huuhtoutumisriskiä. Huuhtoutuva liukoinen-P on peräisin pellon pinnalla hajoavasta kasvimassasta ja osin maan pintakerroksesta, jonne on kertynyt helppoliukoista fosforia. Kokonais-P:n huuhtoutuminen pienenee eroosion vähentyessä, jos partikkeli-P:n huuhtoutuminen vähenee enemmän kuin liukoisen fosforin huuhtoutuminen kasvaa. Joissakin tapauksissa liukoisen P:n kuormitus voi olla määrällisesti huomattavan suurta, jolloin eroosion vähenemisestä huolimatta kokonaisfosforin huuhtoutuminen kasvaa. Huuhtoutuvasta fosforista liukoinen fosfaattifosfori on vesistöissä kokonaan leville käyttökelpoista ja partikkelimaisesta fosforista osa (Paasonen-Kivekäs ym. 2016).

Suomalaisessa savimaalla tehdyssä 9-vuotisessa kokeessa havaittiin, että muokkaamatta viljely vähensi kokonais-P:n häviöitä 27 % syyskyntöön verrattuna. Muokkaamattomasta maasta liukoisen P:n kuormitus oli 4,5-kertainen, mutta partikkelimuotoisen 54 % alempi kuin kynnetystä maasta. Vaikutus rehevöitymiseen riippuu lopulta partikkelifosforin biosaatavuudesta (Uusitalo ym. 2018). 

P-lannoitusta pienentämällä maan P-luku laskee vähitellen. Korkeat fosforiluvut laskevat nopeammin kuin matalat. Maalajeista turvemailla P-luvun muutokset tapahtuvat nopeimmin, savimailla hitaammin (Hartikainen 2013).

Pysyvästi kasvipeitteiset suojavyöhykkeet alentavat kaltevilla pelloilla eroosion ja partikkelimaisen fosforin kuormitusriskiä. Suojavyöhyke voi myös pidättää viljelykseen jäävältä peltolohkolta tulevasta pintavalunnasta kiintoainetta ja partikkeli-P:a. Tasaisilla pelloilla eroosio ja partikkelifosforikuormitus on vähäisempää, jolloin suojavyöhykkeiden vaikutus jää pienemmäksi. Toisaalta liukoisen fosforin kuormitusta suojavyöhykkeet voivat jopa kasvattaa (Uusi-Kämppä 2005, Uusi-Kämppä & Jauhiainen 2010).  

Joskus P-kuormitusta ehdotetaan vähennettäväksi poistamalla peltoja viljelykäytöstä. Koska pelloilla on lannoitushistoriaa, ei niiltä tuleva kuormitus fosforin osalta olisi kymmeniin vuosiin samalla tasolla kuin koskaan viljelemättömillä mailla. Kuormitus saattaa ensin jopa kasvaa, koska fosforia ei poisteta kasvuston mukana ja maahan muodostuu voimakas fosforin kerrostuneisuus (Puustinen ym. 2019).


Lähteet

Hartikainen, H. 2013. Ravinnehuuhtoumat ja niiden ehkäiseminen. Helsingin yliopisto
Lemola, R., Uusitalo, R. ym. 2018. Suomen peltojen maalajit, multavuus ja fosforipitoisuus : Vuodet 1996-2000 ja 2005-2009. Luke. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 17/2018
- Paasonen-Kivekäs, M. peltomaa, R. ym. (toim.) 2016. Maan vesi ja -ravinnetalous: Ojitus, kastelu ja ympä-ristö. 2. täydennetty painos. Salaojayhdistys ry
Peltovuori, T. 2006. Phosphorus in agricultural soils of Finland – characterization of reserves and retention in mineral soil profiles. Pro Terra No. 26
Puustinen, M., Tattari, S. ym. 2019. Ravinteiden kierrätys alkutuotannossa ja sen vaikutukset vesien tilaan - KiertoVesi-hankkeen loppuraportti. Suomen ympäristökeskuksen raportteja 22/2019
Soinne, H. 2018. Fosfori maassa ja kasvinravinteena. Ravinnepiika, Kevätinfo I 14.3.2018.
- Uusi-Kämppä, J. 2005. Phosphorus purification in buffer zones in cold climates. Ecological Engineering 24(5): 491-502
- Uusi-Kämppä, J. & Jauhiainen, L. 2010. Long-term monitoring of buffer zone efficiency under different cul-tivation techniques in boreal conditions. Agriculture, Ecosystems and Environment 137: 75-85
Uusitalo, R. 2017. Lyhyesti maan fosforista
Uusitalo, R., Lemola, R. & Turtola, E. 2018. Surface and Subsurface Phosphorus Discharge from a Clay Soil in a Nine-Year Study Comparing No-Till and Plowing. J Environ Qual. 47(6):1478-1486
Ylivainio, K. & Peltovuori, T. 2012. Phosphorus acquisition by barley (Hordeum vulgare L.) at suboptimal soil temperature. Agricultural and Food Science, 21(4), 453-461


Airi Kulmala

asiantuntija

maa- ja metsätalouden vesiensuojelu (pinta- ja pohjavedet), eläinsuojien ympäristöluvat, ravinteiden kierrätys, BFFE, yleiset maa- ja metsätalouden ympäristönsuojelukysymykset

+358400 755 454

aiheet: itämeri, fosfori, huuhtoutuminen, eroosio, viljavuusanalyysi

Suositellut artikkelit

1

15.06.2021 Airi Kulmala

Maatalouden vesiensuojelu

15.06.2021 Airi Kulmala

Maatalouden vesistökuormitus on pääasiassa hajakuormitusta eli kuormitusta tulee useista eri kohteista erilaisia määriä. Pistekuormituksessa kuormitus tulee yhdestä kohdasta, esimerkiksi jätevedenpuhdistamolta....

2

12.05.2021 Airi Kulmala

Ravinnetaseita on erilaisia

12.05.2021 Airi Kulmala

Ravinnetaseita lasketaan useimmiten typelle (N) ja fosforille (P), jolloin puhutaan typpi- ja fosforitaseista. Taseita lasketaan myös eri näkökulmista. Esimerkiksi...