By: T.L. Provin ja L.R. Hossner
Tehokas kasvintuotanto edellyttää kaikkien olennaisten kasviravinteiden riittävää saantia. Kaupallisten typpilannoitteiden (N) käyttö tuotannon lisäämiseksi, voittojen säilyttämiseksi ja edullisten elintarvikkeiden ja kuitujen tuottamiseksi on kuitenkin välttämättömyys nykyaikaisessa maataloudessa. Yleisesti ottaen kasvit tarvitsevat typpeä kaikista kasvinravinteista eniten.
Typpilannoitteiden ympäristövaikutukset ovat olleet pitkäaikainen kysymys. Huoli jokien, järvien ja pohjaveden typpikuormituksesta on saanut maataloustuottajat tiedostamaan yhä paremmin mahdollisen osuutensa kokonaiskuormitusongelmaan.
Typen tehokkaaksi käyttämiseksi ja sen haitallisen ympäristövaikutuksen rajoittamiseksi tuottajien on kehitettävä tietoisuutta typen kemiasta ja siitä, miten typpeä lisätään maaperään ja miten se poistuu maaperästä.
Kaupalliset lannoitteet, joita maataloustuottajat käyttävät, ovat merkittävä typpilisäyksen lähde maaperään. Typpi kierrätetään jatkuvasti kasvi- ja eläinjätteiden sekä maaperän orgaanisen aineksen kautta. Maaperästä poistetaan typpeä viljelykasvien, kaasumaisen hävikin, valunnan, eroosion ja huuhtoutumisen kautta. Typpihäviöiden suuruus ja mekanismi riippuvat tietyn maaperän kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista. Kuvassa 1 on kaavamainen esitys maaperän mahdollisista typen saannoista ja menetyksistä.
Typen kemia
Typpi muodostaa 79 prosenttia hengitysilmasta. Hedelmällisen preerian maaperän 6 tuuman pintakerros voi sisältää 2-3 tonnia typpeä hehtaarilla. Saman hehtaarin yläpuolella oleva ilma sisältää noin 35 000 tonnia inerttiä typpikaasua (N2). Suurin osa maaperän typestä on peräisin N2-kaasuna, ja lähes kaikki ilmakehän typpi on N2-kaasua. Kasvit eivät voi käyttää tätä inerttiä typpeä ennen kuin se muuttuu ammonium- (NH4 +) tai nitraattimuotoon (NO3 – ).
Kolme tärkeää menetelmää typpikaasun (N2) muuttamiseksi ammoniumiksi (NH4 +) ovat:
- Vapaasti elävät N2:ta sitovat bakteerit
- N2:ta sitovat bakteerit palkokasvien juurissa olevissa kyhmyissä ja
- Typpilannoitteiden tuotantotehtaat.
Toiseksi tärkeäksi menetelmäksi on todettu myös ukkosen välähdys. Kun salama välähtää, ylikuumentuneessa ilmassa oleva typpikaasu muuttuu nitraatiksi (NO3 – ) ja nitriitiksi (NO2 – ). Salaman vaikutuksesta kasveille käyttökelpoista typpeä voi kertyä 1-50 kiloa hehtaaria kohti vuodessa.
Vaikka typpi tulee maaperään useissa kemiallisissa muodoissa, se muuttuu lopulta epäorgaaniseksi nitraatti-ioniksi (NO3 – ). Kuvasta 1 nähdään, että NO3 – voidaan käyttää kasveissa, muuntaa takaisin typpikaasuksi tai huuhtoutua alaspäin maaperän veden mukana.
Kaupalliset lannoitteet, kasvijätteet, eläinten lanta ja jätevedet ovat yleisimpiä maaperään lisättävän typen lähteitä. Levitysmäärät vaihtelevat suuresti. Yksittäiset levitysmäärät voivat olla jopa 150 paunaa typpiekvivalenttia hehtaaria kohti viljelykasvien, kuten rannikon bermudaruohon, osalta. Näin suuret levitysmäärät olisi kuitenkin rajoitettava maaperään, jonka eroosio- ja valumapotentiaali on vähäinen.
Orgaanisen aineksen (kasvijäämät, eläinten lanta, jätevesi, maaperän orgaaninen aines) sisältämä typpi on osana proteiineja, aminohappoja ja muita kasvi- ja mikrobimateriaaleja. Se tulee kasvien käyttöön vasta, kun maaperän mikro-organismit ovat hajottaneet yhdisteen. Tätä kutsutaan ”mineralisaatioksi” (kuva 2). Mineralisaation ensimmäinen vaihe on ”ammonifiointi”. Ammonifikaatiosta peräisin oleva ammonium (NH4 +) muuttuu sitten maaperän ”nitrifioivien” bakteerien toimesta nitraattitypeksi (NO3 – -N) ”nitrifikaatioksi” kutsutussa prosessissa.
Ammonifikaatio- ja nitrifikaatioreaktioiden sijainnit typen kierrossa on esitetty kuvassa 1. Ammonifikaatiossa syntyvä tai lannoitteissa maaperään lisätty positiivisesti varautunut ammoniumioni (NH4 +) vetää puoleensa negatiivisesti varautuneita savihiukkasia maaperässä. Useimmissa ei-kuivissa maaperissä NH4 + -ioni kuitenkin muuttuu nopeasti nitraattitypeksi (NO3- N) Kasvavat kasvit sitovat suurimman osan typestä nitraatin (NO3- ) muodossa.
Yleisiä epäorgaanisen typen lähteitä ovat ammoniakki (NH3), ammonium (NH4 +), amiini (NH2 +) ja nitraatti (NO3 – ). Useimmat lannoitemateriaalit sisältävät tai muodostavat NH4 +:aa, joka muuttuu nopeasti NO3 -:ksi, kun se on maaperässä.
Typen poistuminen maaperästä
Typpi poistuu maaperästä neljällä pääprosessilla:
- Kasvien otto
- Gaasumaiset menetykset
- Kulkeutuminen ja eroosio
- Huuhtoutuminen
Kasvien otto tarkoittaa typen imeytymistä juuriin. Puuvilla, maissi, tomaatit ja nurmikkonurmet tarvitsevat 60-300 naulaa typpeä hehtaaria kohti hyvän kasvun ja kannattavien satojen tai halutun esteettisen ilmeen aikaansaamiseksi. Tietyn viljelykasvin todellinen tarve vaihtelee tuotantopotentiaalin mukaan, ja siihen vaikuttavat suuresti ilmastotekijät.
Koska useimmissa maaperissä on vähän kasveille käyttökelpoista typpeä, typpitarpeet toimitetaan usein kaupallisena typpilannoitteena. Typpitarpeet, jotka ylittävät 150 paunaa hehtaaria kohti, jaetaan yleensä kahteen tai useampaan käyttökertaan. Pellolta poistuu kuitenkin todellisuudessa vain kasvien typpi korjatusta sadosta. Loppuosa kasvien typestä palautuu maaperään kasvijäännöksenä ja palaa kiertokulkuun orgaanisena typenä, kuten kuvassa 1 on esitetty.
Typen kaasumaiset häviöt tapahtuvat denitrifikaation tai ammoniakin haihtumisen kautta. Denitrifikaatio on prosessi, jossa nitraattityppi (NO3- -N) muuttuu kaasumaiseksi typpioksidiksi (N2O) tai alkuainetypeksi (N2). Tähän liittyy anaerobisten bakteerien (bakteerien, jotka eivät tarvitse vapaata happea) toiminta, ja sitä esiintyy yleisesti märissä tai vesipitoisissa maaperissä.
Koska kyseessä on anaerobinen prosessi, kaasumaiset häviöt normaalista (aerobisesta) maaperästä ovat vähäisiä. Kun maaperä kuitenkin pysyy hyvin märkänä tai kylläisenä pitkiä aikoja, suuri osa nitraatista voi hävitä.
Ammoniakkikaasua voi kehittyä typpiyhdisteistä, kuten ureasta, maaperän pinnalla. Ureaa on eläinten lannassa, ja sitä voi ostaa puhtaana lannoitteena (45-0-0).
Muut ammoniumia sisältävät lannoiteyhdisteet, kuten ammoniumsulfaatti (21-0-0) ja vähäisemmässä määrin ammoniumnitraatti (33-0-0) ja ammoniumfosfaatti, tuottavat vapaata ammoniakkia kalsiumkarbonaatin läsnä ollessa. Tämä tila vallitsee joissakin korkean pH:n maaperissä (pH>7,3).
Kulkeuma- ja eroosiotappiot voivat sisältää nitraattia (NO3 – ), ammoniumia (NH4 +) ja orgaanista typpeä. Negatiivisesti varautunut NO3 -ioni jää maaperän veteen, eivätkä maahiukkaset pidättele sitä. Jos vesi, joka sisältää liuennutta NO3 – tai NH4 + -liuosta, valuu pois pinnalta, nämä ionit liikkuvat sen mukana. Kun typpilannoitteita levitetään kuivalle maaperälle ja sade- tai kasteluvettä käytetään, ensimmäinen vesi kuitenkin liuottaa lannoitteen ja kuljettaa sen maaperään. Sateet eivät yleensä aiheuta lannoitetypen pintahäviöitä, ellei hyvin voimakkaita sateita tapahdu pian levityksen jälkeen.
Savihiukkasten pidättämä ammonium voi kulkeutua pintavesiin maaperän eroosion vaikutuksesta. Itse asiassa maaperän eroosio siirtää enemmän typpeä kuin sateet liuenneita typpiyhdisteitä. Kun eroosiomaaperä laskeutuu jokiin ja järviin, mikrobitoiminta muuttaa typpiyhdisteet hitaasti liukoisiin muotoihin.
Huuhtoutumishäviöihin liittyy veden liikkuminen alaspäin maaperässä juurivyöhykkeen alapuolella. Tätä hävikkiä tapahtuu useimmiten nitraatin (NO3 – ) osalta alueilla, joilla sataa paljon, joissa kastelu on runsasta ja joissa maaperä on karkearakenteista (hiekkamaata). Huuhtoutumalla tapahtuvat typpihäviöt vähentävät viljelykasvien käytettävissä olevan typen määrää ja saattavat mahdollisesti saastuttaa matalia vesikaivoja ja pohjavesialueita.
Huuhtoutumishäviöiden minimoimiseksi typen käyttömäärät ja levitysajankohta olisi suhteutettava maaperäolosuhteisiin ja viljelykasvien tarpeisiin. Lukuisat tutkimukset osoittavat, että nitraattitypen (NO3 – -N) huuhtoutuminen maaperästä, jossa viljelykasvit kasvavat aktiivisesti, on vähäistä kasvien hyväksikäytön vuoksi. Koska huuhtoutumiselle alttiimmat hiekkamaat sijaitsevat Itä-Teksasissa, jossa nurmi on vallitseva viljelykasvi, typen huuhtoutumishäviöiden odotetaan yleensä olevan mahdollisimman vähäisiä koko osavaltion alueella tapahtuvasta typpilannoituksesta.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että nitraatin (NO3 – ) liikkeisiin liittyvät ongelmat ovat vähäisiä, mutta kaupallisten ja orgaanisten typpilannoitteiden epäasianmukainen käyttö voi johtaa NO3 – valumiseen pintavesiin ja huuhtoutumiseen pohjaveteen.
Typpihäviöiden ehkäiseminen
Parhaimmin typpihäviöt voidaan ehkäistä maatalousmailta hyvillä maaperän- ja vesienkäsittelymenetelmillä. Ensimmäinen askel mahdollisten typpihäviöiden vähentämiseksi on maaperän tutkiminen. Asianmukaisesti otetusta maanäytteestä saadaan arvio maaperän sisältämästä nitraattitypestä (NO3 – -N), ja sitä voidaan käyttää ohjeena käytettäessä sopivaa typpilannoitemäärää viljeltävälle kasville.
Pätevä lannoitus sekä pintavalunnan ja eroosion hallinta ovat parhaita menetelmiä, joilla estetään typen joutuminen puroihin ja järviin. Huuhtoutumishäviöitä voidaan ehkäistä jakamalla typen tarve useammalle käyttökerralle siellä, missä karkearakenteinen maaperä ja runsaat sateet ovat yleisiä.
Lataa tästä julkaisusta tulostinystävällinen versio:
Onko sinulla kysyttävää tai haluatko ottaa yhteyttä asiantuntijaan?
Ota yhteyttä piirikuntasi toimistoon
.