Simulated nitrogen leaching, nitrogen mass field balances and their correlation on four farms in south-western Finland during the period 2000 2005

Abstract

Typpitase kuuluu niihin EU:n ympäristöindikaattoreihin, joiden avulla yritetään seurata maataloudessa tapahtuvia muutoksia. Typpitaseessa lasketaan maahan jääneen typen ylijäämä, kun lannoitteissa lisätyn typen määrästä vähennetään poistumat, kuten sadon typenotto. Tässä tutkimuksessa arvioitiin typpitaseen käyttökelpoisuutta mineraalitypen huuhtoutumisen arvioinnissa lounaissuomalaisilta pelloilta. Matemaattisen, prosessipohjaisen COUP-mallin (Coupled heat and mass transfer model for soil-plant-atmosphere system, entinen SOIL/ SOILN) avulla arvioitiin muutoksia maasta mitatuissa mineraalityppimäärissä sekä typen huuhtoutumassa vuosina 2000 2005. Tutkimuksessa mukana olleet kaksitoista peltolohkoa sijaitsivat neljällä eri tuotantosuuntaa (viljanviljely, luonnonmukainen viljanviljely, sikatalous ja nautakarjatalous) edustavalla tilalla. Mallinnus perustui lohkojen mitattuihin mineraalityppipitoisuuksiin ja haastatteluaineistoon viljelijöiden lohkoilla tekemistä toimenpiteistä. Mineraalitypen huuhtouma oli pienintä viljanviljelytilan lohkoilta, joilla myös keskimääräinen typpitase oli alhaisin. Alhaisempi typpitase vähensi keskimääräistä mallinnettua mineraalitypen huuhtoumaa mutta samalla myös mallinnettua kasvien typenottoa. Sika- ja nautakarjatilojen peltolohkoilta simuloitua suurempaa mineraalitypen huuhtoumaa voitiin vähentää pienentämällä lohkojen typpitasetta eli vähentämällä lannoitusta, mutta myös siirtämällä simuloitu karjanlannan levitys pelloille syksystä kevääseen. Jälkimmäinen menettely ei vaikuttanut kasvien simuloituun typenottoon. Luomutilan peltolohkojen typpitaseet ja mineraalitypen huuhtouma olivat samaa luokkaa kuin muilla tiloilla, vaikka luomutilan lannoitustasot olivat selvästi alhaisemmat. Typpitase vaikutti olevan kohtuullisen hyvä indikaattori mineraalitypen huuhtoumalle, kun tarkasteltiin useampien vuosien keskiarvoa. Yhden yksittäisen vuoden huuhtouma riippui paljon myös sadannasta ja lohkolla tehdyistä toimenpiteistä. Keskimäärin vuosittaisen typpitaseen aleneminen 1 kg ha 1 vähensi typen huuhtoutumista 0.32 kg ha 1. Suuri typpitase johti mineraalitypen kertymiseen maaperään, josta se helposti huuhtoutui sateisina vuodenaikoina.

Nitrogen (N) gross balance is one of the indicators designed for following developments in agriculture in the European Union. A nutrient surplus occurs when the quantity of a nutrient applied in fertilizers is greater than that removed during harvest. In this study the usefulness of N balance in studying the fate of N and controlling N leaching from agricultural fields in south-western Finland was evaluated. To estimate N leaching in 2000 2005 the mathematical, process-based model COUP was applied to twelve fields representing four agricultural production sectors. The fields represented conventional cereal production, organic cereal production and both conventional cattle and pig husbandry. Simulated N leaching was lowest from cereal production fields with a low N balance. Higher N leaching from pig and cattle production farms might be reduced by decreasing the N balance but also by applying manure in spring instead of autumn. Both N balance and simulated N leaching from organic farm were relatively high compared to low N application rate to the fields. N balance appears to be a rather useful indicator of N leaching over longer periods of time. In the short term, N leaching depends mainly on precipitation and on cultivation practices, like timing and amount of fertilizer application. Statistical evaluation indicated significant positive correlation between calculated N balance and simulated N leaching, especially when supported by constant values of precipitation and N mineralization rate. Decrease of N balance by 1 kg ha 1yr 1 decreased N leaching by 0.3 kg ha 1yr 1. High positive N balances are conducive to abundant accumulation of residual N in soil and consequently to a high risk of N leaching during rainy seasons.