KIINTOAINEKUORMITUS KURIIN MAATALOUDEN VESIENSUOJELUSSA

Julkaistu Kuntatekniikka lehdessä 4/2004

 Peltoviljelyn osuus kiintoaine- ja ravinnekuormituksessa

Yhdyskuntien ja teollisuuslaitosten parantuneen puhdistustekniikan myötä hajakuormituksen suhteellinen osuus vesistöihin tulevasta kiintoaine- ja ravinnekuormituksesta on kasvanut.
Peltoviljelyn osuus Vantaanjoen* vesistöalueen fosforikuormituksesta on noin 60 % ja typen osalta noin 45 % (Vahtera 2002). Kiintoainetta kulkeutuu Vantaanjoen kautta Suomenlahteen keskimäärin 27 000 tn vuodessa. Tehomaatalous ja maankäytön muutokset ovat lisänneet eroosiota; siirtyminen karjataloudesta peltoviljelyyn on vähentänyt laidunmaita ja talviaikainen kasvipeitteisyys pelloilla on vähentynyt. Tämä on lisännyt ravinteiden ja maa-ainesten huuhtoutumista.

Kuva yllä (Pasi Valkama): Pellon ja ojan välinen suojakaista on puhkaistu auraamalla. Oja laskee suoraan Vantaanjokeen.

Pelloilta tapahtuvan eroosion myötä suuria määriä arvokasta pintamaata valuu vesistöihin. Fosforikuormasta taas noin 75 % tulee kiintoaineeseen sitoutuneena (Ekholm 1992). Kuitenkin vain osa siitä on välittömästi leville käyttökelpoisessa muodossa.

Vesistöihin karkaava kiintoaine aiheuttaa mm. sameutta, liettymistä sekä ojien ja purojen umpeenkasvua. Umpeenkasvua myötä uomia joudutaan aika ajoin ruoppaamaan, josta aiheutuu suurta hetkellistä kuormitusta. Kiintoaineesta on suurta haittaa kalataloudelle; syyskutuisten lohikalojen mäti on herkimmillään kevättalvella. Siten erityisesti eroosion vähentämis- toimenpiteillä olisi mahdollista parantaa veden laatua ja vähentää kiintoaine- ja ravinnekuormitusta sekä lisätä joen virkistyskäytön edellytyksiä.

Usein suurin osa joen kiintoainekulkeumasta keskittyy kevään ylivirtaamien ajalle, jolloin joen kuljetuskyky ja kiintoaineen tarjonta ovat suurimmillaan (Vehviläinen 1981). Lisäksi haihdunnan vaikutus valuntaan on keväällä vähäinen (Puustinen 1999). Kovien syyssateiden jälkeen joen kiintoainekulkeuma voi olla melkein yhtä suurta kuin kevään ylivirtaaman aikaan (Vehviläinen 1981). Kausiluonteinen peltoviljely jättää maaperän osaksi vuotta kokonaan ilman kasvipeitettä. Kasvipeite on vähimmillään juuri kevään ja syksyn sateisina aikoina. Rekolainen (1992) on todennut pelloilta vesistöihin huuhtoutuvasta vuotuisesta fosforikuormasta 90 % tulevan 46 päivän sisällä painottuen keväällä lumen sulamiskauteen ja syksyn sateisiin aikoihin. Viimeaikaisten havaintojen perustella ilmaston lämpeneminen on lisännyt huomattavasti talviaikaista valuntaa ja hajakuormitusta (Jumppanen 1999). Siten suurin osa vuotuisesta kuormituksesta tapahtuu lyhyellä aikavälillä valuntahuippujen aikaan, jolloin pellot ovat pääosin ilman kasvipeitettä ja muokattuina. Tehokkaimpien vähennysten aikaan saamiseksi hajakuormituksen ja eroosion torjuntatoimet tulisi keskittää juuri näihin ajankohtiin.

Kuva yllä (Pasi Valkama): Rinteillä virtaava vesi hakeutuu nopeasti maaston taitekohtiin ja uria alkaa muodostua. Vesi on kuluttanut kasvipeitteettömään rinteeseen rinteen taitekohtaan yhden suuren ja useita pienempiä uria.

Maatalouden ympäristötukijärjestelmässä käytetyt menetelmät eivät ole toteuttaneet sille asetettuja tavoitteita

Suomen EU:hun liittymisen myötä voimaan astuneen maatalouden ympäristötukijärjestelmän tavoitteet vesistökuormituksen vähentämiseksi eivät ole (ensimmäisellä tukikaudella 1995 – 2000) suunnitellulla tavalla toteutuneet (Palva ym. 2001). On myös kantautunut etukäteistietoa, että toisenkaan ympäristötukikauden (2001 – 2006) vesistövaikutukset eivät ole lupaavia.
Järjestelmälle asetetut tavoitteet olivat toki ylimitoitettuja. Lisäksi vaikutukset luonnossa näkyvät hitaasti mm. peltojen fosforitason alentuessa hitaasti. Toisaalta näyttää kuitenkin siltä, että ympäristötukijärjestelmässä käytetyt menetelmät eivät ole olleet riittävän tehokkaita, eivätkä oikeaan aikaan ja paikkaan kohdennettuja.

Olisi aika katsoa järjestelmää tarkemmin ja pohtia missä vika?

Maatalouden erityisympäristötuessa käytettyjä menetelmiä, suojavyöhykkeitä ja -kaistoja, laskeutusaltaita, kosteikkoja ja pohjapatoja on käytetty jo irronneen ja virtaavan veden mukana kulkeutuvan kiintoaineen pysäyttämiseen. Näillä keinoilla hillitään siis jo tapahtuneen eroosion haittoja, jolloin puututaan vain yhteen eroosion osa-alueeseen eli kulkeutumiseen.

On huomattava, että suojavyöhykkeiden avulla voidaan lähinnä vähentää vain sen alueelta irtoavaa kiintoainesta. Alueen ulkopuolelta tulevan kiintoaineen pidättämisessä etenkin tulva-aikoihin suojavyöhykkeen teho on hyvin kyseenalainen; syksyllä ja keväällä suojavyöhykkeen yläpuoliselta pellolta karkaava eroosio ei pidäty lakastuneeseen kasvillisuuteen ja jäätyneeseen maanpintaan. Uusi-Kämppä (1992) havaitsi suojavyöhykkeiden toimivuuden olevan kyseenalainen kevätvalunnan aikaan. Kesällä kulkeutuvan kiintoaineen osuus koko vuoden kulkeumasta on vähäinen, joten kesällä suojavyöhykkeen tehokkuuden ollessa parhaimmillaan vähennystä kiintoaineen vuotuisessa kokonaismäärässä ei tapahdu merkittävissä määrin.

Jotta laskeutusaltaat ja kosteikot toimisivat tehokkaasti kiintoaineen pidättäjinä, niiden pinta-alan tulisi olla 1-2 % valuma-alueen pinta-alasta, mutta mieluiten 3–5 % (Kirkkari ja Ventelä 2002). Lisäksi etenkin tulva-aikaan, hienorakeisilla maalajeilla niiden merkitys on vähäinen. Altaat ovat rakentamiskustannuksiltaan hyvin kalliita ja kustannustehottomia ja vaatisivat suuria allas-aloja, mikäli niillä haluttaisiin pysäyttää laajoilta alueilta tulevaa kuormitusta. Lisäksi ne vaativat vuosittaista huoltoa kiintoaineen poistamiseksi. Luonnollisesti perinteisille tulvaniityille perustettavilla kosteikoilla on luonnon monimuotoisuuteen ja maisemaan liittyviä arvoja, mutta vesiensuojelullisessa mielessä niiden merkitys on vähäinen.

Järjestelmässä on keskitytty pääuomiin ja jätetty sivu-uomat vähemmälle huomiolle. Aiemmin vesilain valtaojien varren 0,6 metrin piennar on kasvanut ympäristötuen perustuen myötä metriin. Kuitenkin jokivaluma-alueiden pääuoman ja suurimpien sivuhaarojen osuus veden ja maan kosketuspinnasta on ainoastaan murto-osa pienten sivu-uomien muodostamasta veden ja maan välisestä kokonaisuudesta. Jokivaluma-alueen uomastoa voisi verrata verenkiertojärjestelmään, jossa pääuomia vastaavat valtimot ja laskimot ja sivu-uomia hiussuonisto.

Tikkanen et al. (1985) arvioivat talven alivirtaamien aikana uomien pohjalle laskeutuneen materiaalin lähtevän liikkeelle virtaaman nousuvaiheessa. Siten sivu-uomienkin varrelta veteen kulkeutuva kiintoaines ja ravinteet kulkeutuvat kuitenkin ennemmin tai myöhemmin vesistöihin levien käyttöön. Tutkimuksissa pintavalunnan on todettu keskittyvän nopeasti maanpinnan taitekohtiin ja uriin ja eroosiota tapahtuvan jo pienillä rinteen kaltevuuksilla. Perustuen valtaojien vaadittava metrin piennar on auttamattoman kapea. Lisäksi sen kasvusto on mahdotonta nykykalustolla korjata hyötykäyttöön, mikä olisi vesiensuojelullisesti järkevää; kuolevasta kasvustosta vapautuu talven aikana fosfaattia. Toki riittävän leveillä kaistoilla on merkitystä ekologisina käytävinä ja suoja-alueina.

Järjestelmässä ei ole keskitytty olennaiseen

Miestämme siis järjestelmässä ei ole keskitytty kokonaiskuormituksen kannalta olennaiseen aikaan (talvi-aikaan) eikä olennaiseen tekijään eli eroosioon. Lisäksi suuri osa vesistöä kuormittavasta pelto-alueesta on jäänyt vähälle huomiolle. Kuvaavaa on, että, eroosiota voimakkaasti vähentävä, ensimmäisellä tukikaudella perustuessa tuettu viherkesannointi, poistui toisella tukikaudella. Nyttemmin se lienee palautettu järjestelmään. Ainoastaan perustuen 30 % talviaikaisen kasvipeitteisyyden vaatimuksen avulla voidaan estää eroosion syntyä. Näistäkin talviaikaan kasvipeitteisistä pelloista vain osa sijoitetaan vesistön varteen. Erityistuessa käytetyt menetelmät ovat hyvin kalliita ja vesiensuojelullisesti kyseenalaisia.

Kiintoaineen pysäyttäminen pelloilla on vesiensuojelullisesti tehokkaampaa kuin toimenpiteet kiintoaineen pysäyttämiseksi uomissa. Vahinko on jo tapahtunut, kun vesistöjä kuormittavaa materiaalia poistuu pellolta. Siten maanrakenne, ojitus-, viljely- ja muokkaustekniikat ovat avainasemassa eroosion torjunnassa.

Maaperän hiukkasten irtoaminen ja virtaavan veden mukaan lähteminen voidaan kuitenkin estää jo lähtöalueella. Koska kasvillisuuden merkitys roiske-eroosion ja pintaeroosion estämisessä on todettu tärkeäksi, voidaan sen avulla estää tehokkaasti eroosion ensimmäinen vaihe eli maaperän hiukkasten irtoaminen. Kun suurin osa kuormituksesta tapahtuu valuntahuippujen aikaan syksyllä ja keväällä, taviaikaisen kasvipeitteisyydellä voidaan tehokkaasti vähentää eroosiota.

Suorakylvö on lupauksia antava menetelmä eroosion torjunnassa

Kevennetyllä muokkauksella ja etenkin suorakylvöllä voidaan maanpinta suojata eroosiolta ympärivuotisesti. Suorakylvöllä tarkoitetaan viljan ja lannoitteen kylvämistä muokkaamattomaan maahan. Kun maata ei muokata edellisen kasvin puinnin jälkeen, se säilyy kasvipeitteisenä talven ajan ja sateiden aiheuttamat eroosio sekä ravinnevalumat alueelta vesiin vähenevät. Muokkauksen poisjättäminen parantaa myös lierojen ja mikrobiston elinoloja peltomaassa, jolloin ne voivat hajottaa kasvimassaa, murustaa maata ja kaivaa käytäviä siihen. Vähitellen maan rakenne paranee, multavuus lisääntyy ja tiivistymät poistuvat. Vesi imeytyy maahan paremmin, eikä kulje pintavaluntana ojiin vieden ravinteita ja maata mukanaan. Ensimmäisinä vuosina ongelmana voi olla pellon pinnalla olevasta kasvinjätteestä vapautuva liukoinen fosfaattifosfori (Puustinen 1999).

Suorakylvö tuo muutoksia viljelykäytäntöihin. Puinnin yhteydessä oljet on saatava levitettyä tasaisesti pellon alueelle, jotta orastuva vilja ei tukahdu paksujen olkikasojen alle. Suorakylvökone leikkaa pellon pinnassa olevat oljet ja siemenet tippuvat matalaan kylvövakoon. Jäljessä tuleva pyörä vetää vaon umpeen ja oljet jäävät maan ja siementen päälle suojaten niitä kuivumiselta ja huuhtoutumiselta. Kevätviljan kylvö on aloitettava myöhemmin kuin tavanomaisessa viljelyssä. Tämä johtuu maan hitaammasta kuivumisesta. Rikkakasvien poistoon käytetään vuosittain glyfosaattia.

Suorakylvön positiivisia vaikutuksia eroosion kannalta voidaan katsoa olevan:

• Kasvipeite estää sateen aiheuttamaa roiske-eroosiota ottamalla vastaan putoavien sadepisaroiden kineettisen energian
• Ympärivuotinen kasvipeitteisyys hidastaa tai estää pintavaluntaa
• Kasvipeite estää pintavaluntaa keskittymästä ja vähentää näin virtaavan veden kykyä irrottaa ja kuljettaa maapartikkeleita
• Suorakylvö parantaa maaperän vedenläpäisykykyä lisäämällä makrohuokosten määrää, jolloin vesi pääsee imeytymään syvemmälle maahan estäen pintavaluntaa syntymästä.
• Jyrkillä rinnepelloilla suorakylvetyn pellon kasvipeite sitoo juurillaan maaperää ja lisää sen lujuutta
• Maaperän rakeisuus lisääntyy, jolloin yksittäiset hiukkaset eivät lähde yhtä helposti virtaavan veden vaikutuksesta liikkeelle

Menetelmän räjähdysmäisen leviämisen ongelmana on suorakylvökoneiden kalleus. Kuitenkin jo nyt suorakylvön osuus Uudellamaalla ja Satakunnassa on noin puolet syysvilja-alasta, Varsinais-Suomessa ja Etelä-Karjalassa noin 30 % (Maaseutukeskusten liiton tiedote 23.9.2003, kasvutilannekatsaus 10/2003). Viljelijäkokemuksia suorakylvöstä on joillakin jo parin kymmenen vuoden ajalta, mutta useimmilla vasta muutamalta vuodelta. Ulkomaista tutkimustietoa suorakylvöstä on jonkin verran, mutta Suomen oloista toistaiseksi vain vähän. Tähän mennessä suorakylvöä on tutkittu mm. Aurajoen koekentillä (Puustinen 1999) sekä MTT:n Vakolan tutkimusasemalla (Alakukku & Mikkola 2003).

Suorakylvön etuna on myös kustannusten pienentyminen. Kun kyntö jää pois, säästyy kustannuksia ja aikaa. Suorakylväjä voi luopua muokkauskoneista ja kylvötraktoriksi riittää pienempikin traktori. Siirtyminen suorakylvöön on siis kannattavaa ainakin siinä vaiheessa, kun koneiden uusiminen on ajankohtaista. Ajokertojen vähentyessä säästyy polttoainetta ja samalla maan haitallinen tiivistyminen vähenee. Kustannusten minimoiminen on tärkeää varsinkin viime vuosina tapahtuneen viljan hinnan laskun takia.

Edellä esitettyihin tosiasioihin nähden onkin hämmästyttävää miten vähän huomiota vesiensuojelupiireissä suorakylvömenetelmä on saanut. Hämmästyttävän suuren painoarvon keskusteluissa on saanut menetelmässä mahdollisesti lisääntyvä liukoisen fosforin vapautuminen semminkin, kun suurin osa kokonaisfosforista on sitoutunut kiintoaineeseen. Esimerkiksi Tuusulanjärven valuma-alueelta** eroosioon myötä järveen kulkeutuvaan kiintoaineeseen sitoutunut fosfori vapautuu pohjan hapettomissa oloissa nopeasti, liukoiseen leville käyttökelpoiseen muotoon. Myös latva-alueiden pienvesiin syksyllä ja talvella eroosion myötä kulkeutuneella, kiintoaineeseen sitoutuneella fosforilla on talvella aikaa muuttua liukoiseen, leville käyttökelpoiseen muotoon.

* Vantaanjoen valuma-alue (1680 km²) sijaitsee Suomenlahteen loivasti viettävällä, tiheään asutulla Keski-Uudellamaalla ja eteläisessä Hämeessä. Vesistö ulottuu 14 kunnan alueelle. Näissä kunnissa on yhteensä yli miljoona asukasta, noin 20 % Suomen väestöstä. Laajasta asunto-, työpaikka- ja liikennerakentamisesta huolimatta valuma-alueesta on peltoa 24 %.

** Tuusulanjärvi on Keski-Uudellamaalla sijaitseva Vantaanjoen valuma-alueen suurin järvi (6 km²). Järven valuma-alue on 92,2 km², josta peltoa 28 %. Järveen laskee 10 alaosiltaan maksimissaan noin 4 metriä leveää, savikolla virtaavaa puroa.

projektivastaava Asko Särkelä                                                  fil.yo Pasi Valkama
Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistys ry

Särkelä työskentelee Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksessä toimivan, vuonna 1997 Uudenmaan liiton johdolla käynnistetyn, Vantaanjoki-projektin projektivastaavana. Projekti siirtyi vuonna 2001 Uudenmaan liitosta Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen alaisuuteen. Särkelä on koulutukseltaan limnologi. Hän on mm. vuonna 1996 laatinut selvityksen EU:n maatalouden ympäristötukien kohdentamisesta Tuusulanjärven valuma-alueelle.

Valkama viimeistelee eroosioaiheista opinnäytetyötään Helsingin yliopiston Maantieteen laitoksen luonnonmaatieteen laboratoriolle. Vantaanjoki-projektin ja maantieteen laitoksen yhteistyöhankkeesta on jo vuonna 2004 valmistunut Valkaman laatima "Virtaavan veden aiheuttama eroosio ja sen ehkäisy" –kirjallisuuskatsaus (Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen julkaisu 53/2004).

Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksessä ja siellä toimivassa Vantaanjoki-projektissa panostetaan voimakkaasti maataloudesta tulevan hajakuormituksen ja erityisesti eroosion tutkimukseen ja torjuntaan. Eroosiohankkeen ohella yhdistyksessä on käynnissä "Suorakylvön vaikutus maan rakenteeseen, eroosioherkkyyteen ja ravinteiden huuhtoutumiseen" -opinnäytetyön laadinta. Jatkossa on tarkoitus tutkia pienvesien merkitystä maatalouden hajakuormituksessa sekä fosforin reaktioita pienvesissä.

Lähdeluettelo:

Alakukku, L; Mikkola, H. (2003). Suorakylvö kiinnostaa monella rintamalla. Koetoiminta ja käytäntö 60, 1:6.

Ekholm, P. (1992). Maataloudesta peräisin oleva fosfori vesien rehevöittäjänä. Teoksessa

Rekolainen, S. & L. Kauppi (toim). Vesi- ja ympäristöhallituksen monistesarja 359-

Maatalous ja vesien kuormitus. Yhteistutkimusprojektin tutkimusraportit, 39-46.

Jumppanen, K. (1999). Ilmasto-olojen vaihtelun vaikutuksia Turun edustan merialueen veden laatuun. Vesitalous 2/99, 14-20.

Kirkkala, T. & A-M. Ventelä (2002). Pyhäjärven suojeluprojekti- valuma-alueen 

toimenpiteet. Vesitalous 6/2002. s. 26-31.

Maaseutukeskusten liiton tiedote. Kasvutilannekatsaus. 23.9.2003. <http://www.proagria.fi>

Palva, R., K. Rankinen, K. Granlund, J. Grönroos, A. Nikander & S. Rekolainen (2001).

Maatalouden ympäristötuen toimenpiteiden toteutuminen ja vaikutukset vesistökuormitukseen vuosina 1995-1999. MYTVAS- projektin loppuraportti. Suomen ympäristö 478. 92 s.

Puustinen, M. (1999). Viljelymenetelmien vaikutus pintaeroosion ja ravinteiden

huuhtoutumiseen. Suomen ympäristö 285. 116 s.

Rekolainen, S. (1992). Maatalouden aiheuttama fosfori- ja typpikuorma vesistöihin.

Teoksessa Rekolainen, S. & L. Kauppi (toim). Vesi- ja ympäristöhallituksen

monistesarja 359 -Maatalous ja vesien kuormitus. Yhteistutkimusprojektin tutkimusraportit, 9-15.

Tikkanen, M., M. Seppälä & O. Heikkinen (1985). Environmental properties and material

transport of two rivulets in Lammi, southern Finland. Fennia 163, 217-282.

Uusi-Kämppä, J. (1992). Nurmikaistat toimivat parhaiten syksyllä. Koetoiminta ja

käytäntö 29.12.1992. s. 23.

Vahtera, H. (2002). Vantaanjoen yhteistarkkailu - vedenlaatu vuonna 2001. Vantaanjoen ja Helsingin seudun vesiensuojeluyhdistyksen julkaisu 48/2002. 59 s.

Vehviläinen, B. (1981). Joen kiintoainekulkeuman määrityksestä. Vesihallituksen tiedotus 216, 58s.