Novel methods for reducing agricultural nutrient loading and eutrophication

Abstract

Maatalouden vesistökuormituksen vähentämiseen on sitouduttu sekä Suomessa että monissa muissa maissa, joiden vesistöt ovat rehevöityneet intensiivisen viljelyn ja kotieläintalouden seurauksena. Lannoituksen säätäminen, jyrkkien rinteiden suojavyöhykkeet, syysmuokkauksesta luopuminen ja laajaperäinen nurmiviljely ovat keinoja pienentää liuenneen fosforin, eroosioaineksen ja nitraattitypen kuormitusta. Maatalouden ravinnekiertojen korjaaminen vaatii edelleen perusteellisia muutoksia kotieläinten lannan käsittelyyn ja käyttöön. Samaan aikaan lämpimät ja sateiset talvikaudet lisäävät peltomaiden eroosioriskiä ja myös typen huuhtoutumista, ellei maaperän eroosiokestävyyttä ja toisaalta typpitaloutta pystytä vastaavasti parantamaan. Vesistöissä puolestaan sisäinen kuormitus voi hidastaa hyvän tilan saavuttamista. Perinteisten maatalouden vesiensuojelumenetelmien potentiaalinen vaikuttavuus on huomattava, jos ympäristöohjelmat ja teknologian kehitys tukevat tavoitteiden saavuttamista. Esimerkiksi Suomessa on arvioitu, että fosforilannoituksen vähentäminen viljelykasvien tarpeen mukaiseksi voisi pienentää liuenneen fosforin kuormitusta kymmeniä prosentteja nykytasosta. Jos tiukka fosforikuuri aloitettaisiin nyt, em. tulokseen päästäisiin yli kahdenkymmenen vuoden päästä. Koska perinteiset toimenpiteet vaikuttavat hitaasti, niiden rinnalle on ryhdytty kehittämään uusia menetelmiä puuttua entistä suoremmin ja tehokkaammin ravinnekuormitukseen. Tällöin tavoitteena voi olla (1) pitää ravinteet tai maahiukkaset tiukemmin kiinni maassa, (2) puhdistaa valumavesiä tai (3) sitoa ravinteita vesistössä aktiivisen kierron ulkopuolelle. Nyt käsillä oleva MTT Science -lehden numero koostuu esitelmien ja postereiden tiivistelmistä, jotka liittyivät Jokioisissa 14. 16.6.2010 pidettyyn seminaariin Novel methods for reducing agricultural nutrient loading and eutrophication . Tiivistelmät antavat läpileikkauksen yllä mainittuihin tavoitteisiin tähtäävästä, eri puolilla maailmaa tehtävästä tutkimuksesta. Mukana on laboratoriotutkimuksia erilaisten materiaalien kyvystä sitoa ravinteita tai parantaa maan eroosiokestävyyttä, ja monissa tapauksissa tutkijat ovat jo ehtineet testaamaan tehoa myös pelloilla, kosteikoissa tai vesistöissä. Mitä intensiivisemmästä ja potentiaalisesti kalliimmasta menetelmästä on kyse, sitä todennäköisemmin sitä sovellettaisiin vain kaikkein kuormittavimmissa (tai vaikeimmin kunnostettavissa) kohteissa. Toisaalta uudet keksinnöt ja menetelmien kehittyminen saattavat tuottaa myös ratkaisuja, joita voidaan soveltaa laajasti. Vaikka uusilla menetelmillä pyritään ennen kaikkea saavuttamaan vesistöjen hyvä ekologinen tila, tarjoutuu samalla mahdollisuus ottaa ravinteita talteen ja palauttaa niitä kasvien käyttöön, tai maaperän laatu voi parantua kestävämmän rakenteen myötä. Vesiensuojelun haasteet ovat eri alueilla samantyyppisiä huolimatta vaihtelevista luonnonoloista tai eroista ravinteiden sidontaan tarvittavien materiaalien saatavuudessa. Seminaarin tarkoituksena on edistää tiedonvaihtoa ja yhteistyötä tällä kehittyvällä tutkimusalalla. Seminaarin rahoitukseen ovat osallistuneet COST 869 (Mitigation options for nutrient reduction in surface water and groundwaters), Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus, Suomen ympäristökeskus, Ympäristöministeriö, YARA Suomi Oy ja Sachtleben Pigments Ltd.

In many intensively cultivated areas, surface and ground waters suffer from eutrophication and deterioration of the water quality. To improve the environmental protection actions of agriculture, EU countries have adopted common legislation, such as the Nitrate Directive and the Water Framework Directive, which set limits to the use of manure and aim at good ecological state of waters by 2015, respectively. Moreover, different voluntary measures and environmental schemes are being supported financially by EU and national governments to reduce agricultural nutrient loading and eutrophication, for instance by optimizing phosphorus (P) and nitrogen (N) fertilization, controlling erosion and promoting the establishment of buffer zones and wetlands. Yet, good ecological state appears to be unattainable in many agriculturally loaded water bodies in the near future. Former accumulation of nutrients in soils and sediments retards the recovery of waters, implementation of environmentally friendly measures may be inadequate, or the measures themselves are inefficient. There is an obvious need for novel methods and new techniques that speed up the load reduction and the recovery of different types of water bodies and that could be easily adopted by farmers and put into practice by other stakeholders in the river basins. The aim of this workshop, held at MTT Agrifood Research in June 2010, is to discuss novel methods for reducing agricultural nutrient losses and alleviating their effects in water bodies. The novel methods may include: chemical amendments to reduce soil loss or to immobilize P in soils or in wetlands; filter systems to remove P from field runoff; removal of N from runoff waters by fixation to innovative materials; use of sediment traps; capturing P in sediments. Targeted and cost-effective use of such methods requires that we recognise the sources and transport routes of nutrients, critical steps in the load generating processes and the magnitude of responses in the rivers, lakes and coastal waters suffering from eutrophication. Moreover, the limitations, possible risks and side-effects must be evaluated. This issue of MTT Science gathers together the abstracts of oral and poster presentations held in the workshop. We hope that the workshop will succeed in triggering scientific discussion on the development, needs, application, limitations and mechanisms of new methods directed to fields and management practices responsible for the highest environmental risks. Ideally, adaptation of such measures, together with traditional water protection, would speed up the recovery of waters and allow better recycling of nutrients in the agricultural system. The workshop forms part of the COST869 Action (Mitigation options for nutrient reduction in surface water and groundwaters) and is additionally financed by MTT Agrifood Research Finland, Finnish Environment Institute, the Finnish Ministry of Environment, YARA Suomi Oy and Sachtleben Pigments Ltd.