Macro- and microscale gaseous diffusion in a Stagnic Luvisol as affected by compaction and reduced tillage

Abstract

Maatalouden koneellistuminen ja tehostuminen ovat lisänneet viljelymaiden tiivistymisen riskiä. Samanaikaisesti pyrkimykset energian säästämiseen, ympäristönäkökohtien huomioimiseen sekä kestävään ja hyvin toimivaan maan huokosrakenteeseen ovat johtaneet kevennettyjen maanmuokkaustapojen yleistymiseen. Tiivistäminen ja muokkaus vaikuttavat maan ilmavuuteen muuttamalla maan rakennetta ja helposti hajoavan eloperäisen aineksen määrää ja jakaantumaa. Maan kevennetyn muokkauksen ja perinteisen kynnön vaikutuksia kaasun liikkumiseen maan eri syvyyksillä tutkittiin 12 v jatkuneessa maanmuokkauskokeessa (Sokerijuurikkaan tutkimuslaitos IfZ, Göttingen, Saksa) kentällä, jonka maannos (Stagnic Luvisol) osoitti siinä ilmenevän ajoittaista hapenpuutetta. Lisäksi tutkittiin 35 000 kg painavan sokerijuurikkaankorjuukoneen yksittäisen ajokerran aiheuttaman maan tiivistymisen vaikutuksia näissä muokkauskäsittelyissä. Tarkoitusta varten otettiin syksyllä 2003 pintamaasta (12 cm syvyydeltä), kyntöanturasta (35 cm syvyydeltä) ja syvältä pohjamaasta (60 cm) rakennenäytteitä, joista mitattiin ilmatilan määrä, hapen makro- ja mikrodiffuusiokerroin, hapen diffuusionopeus ja ilmanläpäisevyys eri tavoitekosteuksissa. Huonon rakenteen vuoksi pintamaan ilmatila oli pieni ja sen hapen makro- ja mikrodiffuusio hidasta lähellä kenttäkapasiteettia olevissa kosteuksissa. Kevennetysti muokatussa maassa hapen makrodiffuusio pintamaassa oli nopeampaa kuin kynnetyssä maassa. Maan tiivistäminen hidasti hapen diffuusiota noin puoleen tiivistämättömän maan arvoista kaikissa tutkituissa maan syvyyksissä. Tulokset osoittavat, että jo yksi ajokerta nykyaikaisella raskaalla korjuukoneella tiivistää maan rakennetta ja heikentää kaasun liikkumista sekä pintamaassa että syvällä pohjamaassa. Tulokset tukevat myös käsitystä kevennetyn muokkauksen edullisista vaikutuksista maan rakenteeseen ja ilmavuuteen, erityisesti maan pintakerroksissa. Aiheesta tarvitaan lisätutkimusta, jossa kiinnitetään erityishuomiota rakenteen kehittymiseen eri maalajeilla.

Intensification of mechanical agriculture has increased the risk for soil compaction and deformation. Simultaneously, reduced tillage practices have become popular due to energy saving and environmental concerns, as they may strengthen and improve the functioning of structured soil pore system. Soil aeration is affected by both compaction and reduced tillage through changes in soil structure and in the distribution of easily decomposable organic matter. We investigated whether a single wheeling by a 35 000 kg sugar-beet harvester in a Stagnic Luvisol derived from loess near Göttingen, Germany, influenced the gas transport properties (air permeability, gaseous macro- and microdiffusivities, oxygen diffusion rate) in the topsoil and subsoil samples, and whether the effects were different between long-term reduced tillage and mouldboard ploughing. Poor structure in the topsoil resulted in slow macro- and microscale gas transport at moisture contents near field capacity. The macrodiffusivities in the topsoil under conventional tillage were slower compared with those under conservation treatment, and soil compaction reduced the diffusivities by about half at the soil depths studied. This shows that even one pass with heavy machinery near field capacity impairs soil structure deep into the profile, and supports the view that reduced tillage improves soil structure and aeration compared with ploughing, especially in the topsoil.