Phosphorus losses from a subdrained clayey soil as affected by cultivation practices

Abstract

Kevennettyä syysmuokkausta sovelletaan Suomessa ja muuallakin menetelmänä, jonka tarkoituksena on pienentää eroosiota ja ravinnekulkeumia pelloilta vesistöihin. Kaltevilla ja eroosioalttiilla pelloilla, joilla pääosa valunnasta on pintavirtailua, muokkauksen keventäminen on osoittautunut tehokkaaksi menetelmäksi pienentää fosforin kokonaiskuormitusta. Tällöin on erityisesti erodoituneeseen kiintoainekseen kiinnittyneen fosforin kuorma vähentynyt, kun taas veteen liuenneen fosforin kuorma on saattanut kasvaa. Koska rehevöittävä fosfori muodostuu sekä liuenneesta fosforijakeesta että osasta kiintoaineksen mukana kulkeutuvaa fosforia, on kevennetyn syysmuokkauksen kuitenkin joissakin tapauksissa epäilty lisäävän rehevöittävää fosforikuormaa vaikka kokonaiskuorma hieman pienentyisikin. Näin voisi tapahtua etenkin tasaisilla mailla, joiden valumasta pääosa tulee salaojien kautta ja joilla eroosio on suhteellisen vä häistä. Tässä tutkimuksessa seurattiin fosforipitoisuuksia ja fosforin kuormaa Jokioisten Kotkanojan koekentällä. Kenttä on topografialtaan varsin tasainen (keskimääräinen vietto 2 %), ja pääosa valumasta poistuu pellolta salaojien kautta. Seurantajakso oli 10 vuotta, johon sisältyi kahden vuoden kalibrointijakso (syyskuusta 1991 elokuuhun 1993) ja kaksi muokkauskoejaksoa. Ensimmäisellä muokkausjaksolla (syyskuusta 1993 elokuuhun 1996) koekenttä jätettiin talven yli sängelle tai kynnettiin syksyllä, kun taas toisella muokkauskoejaksolla maa muokattiin syksyllä matalaan (5 8 cm:iin) kultivaattorilla sänkikäsittelyn sijaan. Sänkikäsittely aiheutti suuremman liuenneen fosforin kuorman kuin kyntö. Koska sademäärä oli kasvukauden ulkopuolella hyvin pieni, sänkikäsittelyn kiintoainesfosforin kuormaa vähentävä vaikutus ei tullut koejaksolla esiin lainkaan. Syksyllä tehty kultivointi (5 8 cm:n muokkaussyvyys) aiheutti yksiselitteisesti suurempia fosforikuormia kuin kyntö (20 23 cm:n muokkaussyvyys); liuenneen fosforin kuorma oli 28 % suurempi ja kiintoainesfosforin 11 % suurempi. Muokkauskäsittelyt vaikuttivat valunnan suuntautumiseen pinta- tai salaojavalunnaksi. Valuntareittien muutokset puolestaan aiheuttivat eniten eroja kuormitukseen. Sänkipeitteisiltä ja matalaan muokatuilta ruuduilta tuli huomattavasti enemmän pintavaluntaa kuin kynnetyiltä ruuduilta, vaikka kokonaisvalunta oli samansuuruinen. Koska fosforipitoisuudet olivat pintavalunnassa suurempia kuin salaojavalunnassa, kevennetysti muokattujen koeruutujen kuorma muodostui selvästi suuremmaksi kuin kyntökäsittelyssä. Tasaisilla lohkoilla kevennetyn muokkauksen ei voi odottaa vähentävän rehevöittävän fosforin kulkeumaa pellolta vesistöön. Koska viljelymaidemme valtaosa sijaitsee suhteellisen tasaisilla mailla, yksinään muokkaustapojen muutoksilla ei voida vähentää maataloudesta vesistöihin päätyvää rehevöittävää fosforikuormaa.

Conservation tillage practices are included in the Finnish Agri-Environmental Program as phosphorus (P) loss control measures, but only few experiments have been performed to check their effectiveness in the local conditions. We studied surface and subsurface losses of P from a clayey underdrained field (Jokioinen/ Kotkanoja; Vertic Cambisol/Typic Cryaquept), with 2% mean slope, during two separate experimental periods. Primary tillage treatments of the first experimental period of three years were moldboard ploughing (to 20 23 cm depth) vs. no autumn tillage (wintertime stubble). During the second experimental period of five years, the treatments were moldboard ploughing (20 23 cm) vs. shallow (to 5 8 cm) autumn tillage. The stubble treatment of the first experimental period produced higher dissolved reactive P (DRP) losses (104 259 g ha 1 yr 1) than autumn ploughing (77 96 g ha 1 yr 1), and equally high particulate P (PP) losses (mean 660, 235 1300 g ha 1 yr 1). During the second experimental period, shallow autumn tillage produced 28% higher DRP losses (mean 120, 107 136 g ha 1 yr 1) than ploughing (83 117 g ha 1 yr 1) and 11% higher PP losses (mean 1090, 686 1336 g ha 1 yr 1) than ploughing (783 1253 g ha 1 yr 1). Surface runoff made up 28% and 16% of the total flow from the ploughed soil during the first and the second experimental period, respectively, as compared to 50% for the stubble and 44% for the shallow autumn tillage. Routing of flow between surface and subsurface pathways had a major influence on the P losses. In the relatively flat landscapes of the main agricultural areas of southern Finland, the potential for decreasing agricultural P losses by reduced tillage appears limited.