Tasapainoinen kasvinravitsemus

Kasvien kasvua ja satoa lisätään lannoituksella, mutta mitä se tekee hiilensidonnalle? Tasapainoinen, tarpeen mukainen lannoitus on hyödyksi, mutta liiallinen typen ja fosforin käyttö voi vähentää hiilen sitoutumista ja kuluttaa maaperän hiilivarastoja kiihtyvän mikrobitoiminnan myötä.

Kasvin tarpeet

Kasvit käyttävät kasvuunsa ainakin 21 eri ravinnetta(6). Ravinteilla on erilaisia tehtäviä kasvissa ja useimmat ravinteista ovat korvaamattomia; jos ravinnetta ei ole saatavilla kasvin kasvu tyrehtyy. Eri ravinteiden puutteet aiheuttavat kasvissa tyypillisiä puutosoireita (Taulukko 1). Puutosoireet tulevat kuitenkin näkyviin vasta, kun puutos on vakava. Kasvin terveyden ja tuottokyvyn kannalta ravinnetila tulisi pitää sellaisena, että puutosoireita ei tule näkyviin.

Parhaiten kasvin ravinnetilan saa selville kasvianalyysillä, jossa näkyvät puutosten lisäksi myös ylimäärät.

Ravinteilla on myös keskinäisiä vuorovaikutuksia. Esimerkiksi kationiset ravinteet (NH₄-N, Ca, Mg, K) kilpailevat keskenään, samoin anioniset (NO₃, P, S)(7). Ravinnepuutos voi olla seurausta myös jonkin muun ravinteen ylimäärästä, mikä häiritsee kasvin ravinteiden ottoa. Tutuin esimerkki tästä on liiallisen kaliumlannoituksen aiheuttama magnesiumin puute, joka näkyy kotieläimillä ”laidunhalvauksena”: laitumelle kertyvä liiallinen kalium vähentää kasvin magnesiumpitoisuuksia tasolle, joka on eläimille haitallinen. Esimerkiksi runsas voikukkakasvusto voi lisätä kaliumin määrää rehussa liikaa.

Taulukko 1. Eri ravinteiden tehtävä kasvissa, tyypilliset puutosoireet ja vaikutus maaperän hiilen sitoutumiseen. Liikkuvilla ravinteilla (N, P, K, Mg, Mo) oireet näkyvät vanhoissa lehdissä kasvin siirtäessä ravinteita niistä uusiin ja ne ovat merkitty erikseen. Muilla ravinteilla puutosoireet näkyvät koko kasvissa tai uusissa lehdissä.(7)

Lannoituksen taloudellisuus

Lannoitus on myös taloudellinen tekijä. Lannoituksella pyritään parantamaan sadon laatua ja määrää siten, että saatu tuotto on korkeampi kuin lannoituksen kustannus. Tämän vuoksi satovastekäyrä ja laskevan rajatuoton laki ovat hyödyllisiä ajattelun apuvälineitä (Kuva 10). Alhaisilla lannoitustasoilla lannoituksella saadaan suuri satovaste, joka on yleensä korkeampi kuin lannoituksen lisäkustannus. Kun lannoitustasoa lisätään, samalla lannoituksen lisäysmäärällä saadaan pienempi sadonlisäys. Lopulta sadonlisä ei enää kata lisälannoituksen kustannusta ja lannoituksen lisäys muuttuu taloudellisesti järjettömäksi. Tämän pisteen jälkeen lisälannoitus lisää satoa, mutta pienentää viljelyn kokonaiskannattavuutta.(8)

Kuva 9. Laatutavoitteet kannattaa pitää mielessä lannoitusta optimoidessa, mutta myös peltoliikennettä suunniteltaessa. Peltoekosysteemiä ja kasvustoa kannattaa häiritä niin vähän kuin mahdollista. Kuva: Soja Sädeharju.

Satovastekäyrät ovat ongelmallisia lannoitussuunnittelussa kahdesta syystä. Ensinnäkin samaan aineistoon voidaan sovittaa useita käyriä. Kuvassa 10 kaarevalla käyrällä optimilannoitustaso on paljon korkeammalla tasolla kuin kahden suoran muodostamalla käyrällä. Toiseksi kasvi saa ravinteita myös maaperästä, joten pellosta ja pellon sisäisestä vaihtelusta riippuen lähtötilanne on jo jossain kohdin käyrää. On peltoja, joissa pienikään lisälannoitus ei ole kannattavaa ja peltoja, joissa lähes kaikki kasvin saama typpi on tuotava lannoituksella peltoon. Yleistyvä täsmäviljely ja kasvin tarpeenmukainen lisälannoitus ovat hyviä kehityssuuntia, joilla voidaan pyrkiä taloudellisesti optimaaliseen lannoitukseen eri pellon osilla.

Kuva 10. Satovastekäyrä on hyödyllinen ajattelun apuväline. Sato kasvaa tiettyyn pisteeseen saakka lannoitusta lisättäessä, sen jälkeen kasvu hidastuu tai pysähtyy. Taloudellisin lannoitustaso on se, jossa etäisyys kahden käyrän välillä on suurin (ts. piste, jonka jälkeen lisälannoituksella ei saada katettua lisäsatoa). Kuva on piirretty lähteen 9 perusteella. Vihreät viivat ovat kahdella eri tavalla lasketut satovastekäyrät ja oranssi viiva on lannoituksen kustannus.

Onko typestä hyötyä vai haittaa hiilensidonnalle?

Typpilannoitteiden käytön alkuaikoina ajateltiin typpilannoituksen lisäävän maan multavuutta siksi, että lannoitettu kasvusto tuottaa myös enemmän kasvintähteitä. Pitkäaikaiskokeissa kuitenkin huomattiin, että lannoitus myös lisää maaperän hiilivaraston hajoamista, etenkin syvemmissä maakerroksissa.(10) Nettovaikutus riippuu siitä, kuinka paljon typpeä annetaan suhteessa kasvien ravinnetarpeeseen.

Ylimääräinen typpi huuhtoutuu syvemmälle maahan ja kiihdyttää hajotusta(10). Toisaalta hyvin kasvava kasvi tuottaa enemmän kasvintähteitä ja myös mikrobien kannalta parempilaatuisia kasvintähteitä, jotka muuntuvat tehokkaammin multavuudeksi. Tutkimusten perusteella suosituksena onkin lannoittaa tasapainoisesti (kaikki ravinteet), välttää typen ylilannoitusta (neutraali typpitase) sekä hyödyntää orgaanisia lannoitusaineita ja lantoja lannoituksessa(11).

Suomessa on typpitase (lannoitus – sadossa poistuva) tällä hetkellä saatu laskemaan 1990-luvun alun 80 kg/ha tasosta noin 60 kg/ha ylijäämäiseksi(12). Ylimääräinen typpi on ongelma maaperän hiilen sitoutumisen kannalta(10) ja toisaalta se on myös hukattua tuotantopanosta.

Typpilannoituksen tarkennus ja kasvukauden ulkopuolisen typen varastointi kerääjäkasveihin olisivat tärkeitä keinoja hiilitaseen parantamiseen.

Tärkeitä ravinteita: rikki, kalsium ja boori

Lannoituksessa on perinteisesti keskitytty typpeen ja fosforiin. Hiilensidonnan kannalta yhtä tärkeitä ovat vähemmän huomioidut ravinteet, kuten rikki, kalsium ja boori.

Rikki (S) on osa maaperän multavuutta. Sen puute voi johtaa heikentyneeseen orgaanisen aineen muodostumiseen. Rikkiä huuhtoutuu vuosittain ja poistuu pelloilta etenkin valkuaiskasvien mukana. Rikkitasojen ylläpitämiseksi noin 20-40 kg S/ha/vuosi lannoitustaso on riittävä. Jos maaperän hiilivarastoa halutaan lisätä 1000 kg C/ha, tähän hiilivarastoon sitoutuu myös noin 14 kg S/ha(13).

Osittain tätä rikkivarastoa voi kerryttää estämällä rikin huuhtoutumista esimerkiksi kerääjäkasvien avulla, mutta ravinnetaseen kannalta multavuuden nosto vaatii ylijäämäisen rikkitaseen. Riittävä rikkilannoitus parantaa myös kasvien typenkäyttöä ja vähentää typpilannoituksen haittoja hiilen kerryttämiselle.

Kalsiumia (Ca) päätyy maaperään lähinnä kalkituksen kautta. Kalkituksella on saman tyyppisiä vaikutuksia maaperän hiileen kuin typpilannoituksella(14). Toisaalta kalkitus parantaa kasvien kasvua ja juuriston toimintaa. Toisaalta se myös kiihdyttää voimakkaasti mikrobiaktivisuutta ja multavuuden hajotusta.

Kalkituksen nettovaikutus riippuu siitä, kompensoiko kasvien lisääntynyt kasvu nopeampaa hajotustoimintaa. Tehtyjen tutkimuskatsausten perusteella kalkitus lisää hiilen kertymistä kivennäismailla, etenkin savipitoisilla mailla. Toisaalta runsasmultaisista ja eloperäisistä pelloista on niukemmin tutkimustuloksia. Suomalaisessa viljavuusanalyysissä pH-luokkien pohjana on pellon multavuus. Mitä korkeampi multavuus, sitä alhaisempi suositeltava pH. Tämä lähestymistapa on hyvä lähtökohta myös hiilen sitoutumiselle parempaa tutkimustietoa odotellessa.

Kasvit käyttävät booria (B) hyvin pieniä määriä, mutta boori on välttämätön kasvinravinne muun muassa juuriston kehitykselle, typensitojien nystyröinnille sekä joillekin maaperän sädesienille. Boori on osatekijänä myös bakteerien välisessä ryhmäviestinnässä. Boorilannoituksen on todettu lisäävän maaperän mikrobien määrää ja entsyymiaktiivisuutta noin 30–50 prosenttia(15).

Boorin puute on hyvin yleistä suomalaisilla peltomailla. Eurofins-viljavuuspalvelun tuloslaarin tilastojen perusteella boorin puutetta on 55 prosentilla arvioiduista näytteistä. Boori on kuitenkin määritetty vain noin kuudesta prosentista näytteitä, joten todellinen puute voi olla huomattavasti yleisempää. Boori on helposti huuhtoutuva ravinne, jonka pitoisuuksien ylläpitoon tarvitaan 1–2 kg/ha booria 3–6 vuoden välein huuhtoutumisnopeudesta ja maaperän boorinpidätyskyvystä riippuen.

Hiilen sitoutumisen vaikutus lannoitustarpeeseen

Maaperän eloperäisessä aineessa on hiilen (C) lisäksi typpeä (N), fosforia (P) ja rikkiä (S) melko yhdenmukaisissa suhteissa, suunnilleen suhteessa C:N:P:S 100:8:2:1.4(13). Jos peltojen multavuus on laskenut tahdilla 200 kg C/ha/vuosi, on tämä vapauttanut kasveille noin 16 kiloa typpeä, 4 kiloa fosforia ja 3 kiloa rikkiä.

Jos multavuuskehitys halutaan kääntää esimerkiksi noin 600 kg C/ha/vuosi sitoutumistahtiin, myös ravinteiden varastoitumissuunta vaihtuu. 600 kg C/ha vaatii myös noin 48 kg typpeä, 12 kg fosforia ja 8 kg rikkiä. Verrattuna aiempaan vastaa muutos suunnilleen sitä määrää ravinteita, mikä poistuu viljasadon mukana.

Pellon lannoittaminen pelkästään hiilensitoutumisen vuoksi ei ole taloudellisesti mielekästä. Toisaalta hiilen sitomiseksi ravinteet pitäisi saada kulkemaan kasvien ja mikrobien läpi. Järkevin ravinnelähde multavuuden nostoon ovat maaperän omat ravinnevarannot ja huuhtouman vähentäminen.

Syväjuuriset viljelykasvit ja kerääjäkasvit voivat muuntaa ravinteita seuraavan satokasvin käyttöön. Toisaalta niiden hajotus ruokkii maaperän mikrobistoa ja lisää multavuutta. Seuraavaksi kustannustehokkain tapa tuoda maaperään hiiltä ja ravinteita on hyödyntää paremmin karjanlantaa ja eloperäisiä maanparannusaineita.

Ideaalitilanteessa multavuuden nosto ei vaadi lannoitteiden lisäystä. Yksinkertaisimmillaan maahan tuotu niukkaravinteinen maanparannusaine sitoo maaperän liukoista typpeä ja pakottaa typensitojakasvit sitomaan enemmän typpeä. Jos maassa on varastofosforia ja syvemmällä maaperässä rikkiä, kasvit voivat kierrättää näitä ravinteita lisääntyvään multavuuteen.

Monella pellolla tämä ideaalitilanne ei kuitenkaan toteudu, vaan multavuuden nostotavoite vaatii myös ulkopuolisten ravinteiden tuonnin lisäämistä ja jo lisättyjen ravinteiden tehokkaampaa kanavointia multavuuden nousuun.