Maankaivuuta ja robottihommia – Uusi huuhtoumamittauskenttä rakentunut kesän aikana Luonnonvarakeskus Kuopion Maaningan toimipaikkaan

Erikoistutkija Kirsi Järvenranta, Luonnonvarakeskus Kuopio, Maaninka

Tarvitaanko maan läpi suotautuvan veden keräämiseen 4 mm vai 2 mm paksu muoviallas? Entä miten mitataan keväinen valuntapiikki ja otetaan edustavat vesinäytteet 32 koeruudusta yhtä aikaa? Näitä ja monia muita kysymyksiä pohja- ja pintavesihuuhtouman osalta on pohdittu huolella ja hartaudella kuluvan kevään aikana KWC eli Kuopio Water Cluster -hankkeessa, kun uuden huuhtoumamittauskentän suunnittelu on ollut työn alla.

Miksi maahan kannattaa upottaa rahaa mittauskentän muodossa?

Maatalouden aiheuttama vesistökuormitus on ollut enemmän tai vähemmän tapetilla pitkään, usein koko maatalous kaikkine tuotantosuuntineen niputettuna yhteen. Eri tuotantosuuntien välillä on kuitenkin suuria eroja sekä kuormituksen määrässä, ajoittumisessa että koostumuksessa. Kun tavoitteena on oman alueen vesistöjen kunnon parantaminen, pitää tietää mistä ja miten kuormitus koostuu, jotta siihen voidaan vaikuttaa. Hyvä esimerkki alueellisesta erosta on Etelä-Suomen savivaltaisten maiden viljanviljely ja keskisemmän Suomen karjatalousalueen nurmituotanto. Näiden kuormituksessa on selviä eroja: syyskynnettäviltä savimailta huuhtoutuu maahan sitoutunutta fosforia, ympärivuoden nurmipeitteisiltä pelloilta taas huuhtoutuu kasvustosta, lannasta ja pintamaasta valumaveteen liuennutta fosforia. Huuhtoutumisalttiuskin vaihtelee olosuhteista riippuen. Kuormituksen vahvan aluesidonnaisuuden takia tutkimusta pitää tehdä siellä, missä kuormitus syntyy, jotta samalla voidaan räätälöidä alueelle sopivia suojelukeinoja kuormituksen erityispiirteet huomioiden.

Maaningalle vuoden 2021 aikana valmistuva uusi huuhtoumamittauskenttä tulee asettumaan isoihin saappaisiin. Sen edeltäjä on toiminut samassa paikassa Maaningan Halolan tutkimustilalla vuodesta -86 ja tuottanut monipuolista tietoa Pohjois-Savon maidontuotannon ravinnehuuhtoumista. Tuloksia on käytetty lannoitesuositusten ja ympäristökorvausjärjestelmän toimenpiteiden sekä useiden kuormitusmallien laadinnassa. Koska kentän tuottamat tulokset vaikuttavat suoraan alueen maataloustuotannon säätelyyn, tarvitaan parhaat mahdolliset rakenteet ja menetelmät luotettavan tiedon tuottamiseksi ja vieläpä kustannustehokkaasti. Samalla on pidettävä väylät valmiina tulevaisuuden teknisten vaatimusten suhteen; 30 vuoden kuluttua saatetaan mitata sellaisia asioita, joista ei vielä tällä hetkellä ole mitään käsitystä. Esimerkiksi hiilenkierron tiedontarpeen hurjaa nousua ei vielä vuonna -86 osannut ennustaa kovinkaan moni ja tällä hetkellä hiilitehokkuus on sisäänrakennettu kaikkeen toimintaan.

Maat kuorittiin alueelta kerroksittain 0-30cm, 30-60cm ja 50-200cm.

Uusinta teknologiaa perinteitä kunnioittaen

Eniten pintavesiä kuormittava ravinne on fosfori, pohjavesien osalta kyseenalainen kunnia lankeaa typelle. Näiden kahden mittausmenetelmissä on suuri ero: fosfori ajelehtii pintavirtauksen mukana erityisesti silloin kun maa on jäässä tai jo valmiiksi niin täynnä vettä että enempää ei mahdu. Typpi taas laskettelee maan läpi pohjavettä kohti suotoveden mukana ja sen merkitys alueen pintavesien kuormittajana on pienempi. Jotta molemmat ravinteet saadaan mitattua, huuhtoumakentällä pitää olla sekä pintavalunnan- että pohjavesivalunnan keräimet samassa kohdassa. Toisin sanoen maan pinnassa kourut ja maan sisässä altaat, joista vesi johdetaan näytteenottopaikalle. Maaningan kentälle tulee yhteensä 16 tällaista ruutua, joissa pintavalunnan keräysala on mitoiltaan 20 x 12.5 metriä ja pohjaveden keräysala 10 x 6 metriä.

Pohjavettä keräävien altaiden pohja on noin 2 m etäisyydellä maanpinnasta. Kyntökerros jää vapaaksi, altaan yläreuna alkaa 30 cm maanpinnasta, jotta ruudulla voidaan tehdä normaalit viljelytoimet oikeankokoisella kalustolla. Pintavalunnan keräämiseksi jokaiselle ruudulle asennetaan teräksiset kourut. Ruuduilta johtavat putket mittausrakennukseen, missä juuri tätä tehtävää varten koulutettu tuohukas robotti tulee hoitamaan näytteenottoa. Aiemmin ihmisvoimin tehty mittava työ automatisoituu lähes täysin. Veden virtausnopeus mitataan ultraäänisensorilla ja vedestä voidaan määrittää suoraan pH ja sähkönjohtokyky, tulevaisuudessa muitakin muuttujia kuten ravinnepitoisuuksia. Tulokset tallentuvat reaaliajassa pilveen, mistä tutkija saa ne välittömästi käyttöönsä. Toistaiseksi typen ja fosforin osalta näytteet pitää analysoida laboratoriossa, näissä sensoriteknologia ei vielä pysty riittävään varmuuteen ja tarkkuuteen. Toisaalta valmius uusien sensorien lisäämiseen on syytä huomioida, sillä ympäristökemian teknologinen kehitys on vauhdikasta.

Uuden lysimetrikentän näytteenotto on pitkälti automatisoitua.

Uusi kenttä käyttöön 2021

Mittavan rakennustyön on määrä valmistua 2021 aikana ja ensimmäisiä tuloksia huuhtoumamittauskentältä saadaan vuoden 2022 jälkeen. Kenttä on myös kansainvälisesti katsottuna laadukas ja se tullaan liittämään eurooppalaiseen AnaEE –mittauskenttäverkostoon, joka tuonee sille ulkomaisia tutkijoita selvittämään subarktisen alueen huuhtoumien saloja omissa projekteissaan ja yhteistyössä kotimaisen tutkimuksen kanssa. Kentän arvioitu kokonaiskustannus on noin miljoona euroa ja sen rakennetaan Pohjois-Savon liiton EAKR –rahaston, Luonnonvarakeskuksen ja Senaatin varoin.

Nyt vaan kaivuri paikalle ja innolla asentamaan uusia lysimetrialtaita maan sisään!

Huuhtouma-altaan pohjan korkomittaus.

6*10 metrin kokoiset, 1.7 m syvät muovialtaat sovitettiin kaivantoihin.

Saumat ja läpiviennit hitsattiin. Valmiit altaat on putkitettu ja täytetty maalla kerroksittain.

Kuvat: Kirsi Järvenranta, LUKE

Dronevideo: Panu Korhonen, LUKE