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. 2016). 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 neljältä ajanjaksolta: 1996–2000, 2005–2009, 2010–2014 ja 2015–2019 (Lemola ym. 2023). Korkeiden P-lukujen osuus on vähentynyt selvästi ajan kuluessa. Koko maan pelloista 3 korkeimman P-luokan osuus oli ensimmäisellä jaksolla noin 28 % ja viimeisenä jaksona 17 %. Keskimmäisten luokkien osuus on koko maan tasolla pysynyt tasaisesti 64–65 %:ssa maanäytteistä kaikilla jaksoilla. Kahden alimman luokan osuus on kasvanut ensimmäisen jakson 7 %:sta neljännen jakson noin 19 %:iin. Peltomaiden keskimääräinen P-pitoisuus on laskenut 20 vuodessa aikana 26 % (v. 1996–2000 keskim. 14,5 mg/l ja v. 2015–2019 keskim. 10,7 mg/l).

Muutos näkyy myös pelkästään Eurofins Viljavuuspalvelun tuloksissa (kuva 2). Korkeimpien fosforiluokkien osuus on vähentynyt toivotusti. Huolestuttavaa sen sijaan on alhaisimpia fosforipitoisuuksia edustavien luokkien osuuden nopea lisääntyminen. Jos maassa ei ole kasvien tarpeeseen nähden riittävästi käyttökelpoista fosforia, jää muitakin kasviravinteita, kuten typpeä, hyödyntämättä.

Kuva 2. 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.

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, topografia), 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 liittyvä 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, Iho ym. 2023).

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).

Airi Kulmala

asiantuntija, ympäristö

maa- ja metsätalouden vesiensuojelu, eläinsuojien ympäristöluvat ja ilmoitusmenettely, ravinteiden kierrätys, BFFE

+358 40 075 5454

aiheet: itämeri, vesiensuojelu, fosfori, huuhtoutuminen, eroosio, viljavuusanalyysi