Joku viisas on todennut, että maalla on pitkä muisti eikä se anna anteeksi kiusaamistaan. Toisaalta karmeita sadekesiä seuraavina vuosina on viljely taas sujunut melko normaalisti. Suurenevia koneita kasvavine akselipainoineen on totuttu pitämään välttämättöminä kehittyvään tuotantoteknologiaan liittyvinä ilmiöinä ja niiden pelätystä maan tiivistämisestä huolimatta satotasot ovat tasaisesti kohonneet. Onpa paljon julkisuutta saaneissa satokilpailuissa onnistuttu saavuttamaan meillä aiemmin kevätviljoille mahdottomina pidettyjä satotasoja.
Peittääkö kasvinjalostuksen menestys maan kasvukunnon huononemista? Uutena haasteena maan kunnolle pitää huomioida ilmaston muutoksen torjunnassa avaintekijänä nähtävä maan hiilensidontakyky ja hiilen varastoituminen (hiilinielut). Käytännön viljelijän ja koneiden käyttäjien on kuitenkin varsin vaikea tietää minkä verran ja millaista kuormitusta viljelysmaat sietävät. Suositun televisio- ohjelman otsikkoa lainaten, pitääkö olla huolissaan?
Noin vuosi sitten julkaistuissa kahdessa jutussa (KV 3/18 ja 4/18) käsiteltiin pyörätraktorin vetokykyä, siihen vaikuttavia tekijöitä sekä hiukan myös vetotyön vaikutuksia maahan. Nyt jatketaan osittain samoilla aiheilla, mutta pääpaino on traktorin tekemän vetotyön ja siinä keskeisenä tekijänä olevan pyöräkuorman vaikutuksessa maahan.
Traktoreista ja työkoneista pyörien kautta maahan kohdistuva kuormitus koostuu paitsi koneiden omista akselipainoista, myös vetovoimasta, jonka traktori kehittää esim. maata muokkaavia työkoneita vedettäessä. Maahan kohdistuva kuormitus aiheuttaa maassa sen partikkeleihin sekä ilmaa ja vettä sisältäviin huokosiin kohdistuvaa jännitystä. Jännitys, joka on suurempi kuin maan ”lujuus”, aiheuttaa maan rakenteessa muutosta, joka voi olla nopeammin tai hitaammin palautuvaa tai jopa pysyvää.
Jännityksen aiheuttama hitaasti tai ei lainkaan palautuva muodonmuutos vähentää maan huokostilavuutta, mikä puolestaan heikentää maassa tapahtuvaa biologista elintoimintaa, kasvijätteiden hajoamista sekä neste- ja ravinteiden hyväksikäyttöä kasveilla. Pahimmassa tapauksessa maanpäällisten versojen ja juuriston heikkenevä sadontuotto kiihdyttää muutoskierrettä. Viljelijälle ja koneiden käyttäjille muutos ilmenee maan tiivistymisenä, joka saattaa aiheuttaa suoraan sadonmenetyksiä tai altistumista sadonmenetysriskeille esimerkiksi normaalia suuremman tai pienemmän sadannan tilanteissa. Myös vetovoiman tarve maan muokkauksessa kasvaa maiden tiivistyessä, mikä puolestaan edelleen kasvattaa pyöräkuormia.
Normaalisti hoidettu maanmuokkaus, viljely ja sen tuottamat kasvijätteet auttavat maata palautumaan ylikuormituksesta, mutta vain muokkauskerroksen osalta. Syvemmällä vaikutukset voivat kestää pitkään. Maan tiivistämistä suurilla pyöräkuormilla on tutkittu verrannollisissa olosuhteissa sekä Suomessa että Ruotsissa. Tulokset ovat varsin yhtäpitäviä: maan rakennetta, ilma ja vesitilavuutta alentavat muutokset ovat havaittavissa ja mitattavissa kymmeniä vuosia jälkeenpäin.
Professori Laura Alakukun (Helsingin Yliopisto) johtamassa tutkimuksessa seurattiin Jokioisilla v. 1981 tehdyn maan tiivistämiskokeen pitkäaikaisvaikutuksia. Kokeessa tiivistyminen alensi maan huokostilavuutta ja makrohuokosten (> 0,03 mm) määrää merkittävästi. Muokkauskerroksen (0–20 cm) vauriot korjautuivat kynnön, kylvömuokkauksen ja luonnonprosessien kuten roudan kastumisen ja kuivumisen avulla n. kolmessa vuodessa.
Sen sijaan syvemmällä 40–55 cm syvyydessä tiivistymisen vaikutukset olivat edelleen selvästi mitattavissa vielä 9 vuotta tiivistämisen jälkeen. Penetrometrillä tehdyssä tiivistymismittauksessa näkyi selvä ero 30 cm syvyydestä alaspäin. Vauriot eivät rajoittuneet mekaaniseen tiivistymiseen, myös kasvien kasvulle sekä myös maan ”toimintakyvylle” oleellinen vedenjohtavuus oli alentunut 98 %, makrohuokosten määrä 70 % ja maassa oli edelleen merkittävästi vähemmän biohuokosia (lierojen käytävät ja juurikanavat). Huokosten osalta tilanne oli edelleen varsin samankaltainen 29 vuoden jälkeen tehdyissä mittauksissa.
Käytännön viljelyssä pohjamaan tiivistyminen oirehtii sateisina alkukesinä, erityisesti herkimmin tiivistyvillä humusköyhillä kivennäismailla (hiesumaat). Kasvustot kellastuvat kohdilta, joissa huokostilavuus ja läpäisykyky ei riitä pitämään vesimäärää kurissa ja myös ilmansaanti rajoittuu. Tällaisilla mailla tiivistymä voi ulottua salaojitussyvyyteen asti. Vaikka salaojitus olisi teknisesti, kunnossa ja muokkauskerros jo toipunut, veden johtuminen ojitukseen estyy.
Viljelyn tehostuessa traktoreiden ja työkoneiden massat ovat kasvaneet oleellisesti. Vuonna 1938 silloin suuren vetokyvyn omaava traktori painoi alle 3 tonnia. Nykyisin vastaava kone painaa 12–16 tonnia. Vastaavasti maahan kohdistuva jännitys on kasvanut 15 cm:n syvyydessä 1,3-kertaiseksi, mutta 40 cm:n syvyydessä kolminkertaiseksi! Ero johtuu paljolti siitä, että pyöriä ja renkaita kasvattamalla pintapaine on saatu pysymään kurissa, mutta mentäessä syvemmälle kasvaneen pyöräkuorman vaikutus ei näillä konsteilla lievene.
Isot pyörät ja renkaat auttavat, mutta vain pintapaineisiin
Sivun 44 grafiikat (alhaalla) kertovat miten kehitys on mennyt leikkuupuimureiden osalta. Vuodesta 1950 nykypäivään leikkuupuimureiden pyöräkuorma on kasvanut nelinkertaiseksi mutta renkaan ja maan välinen paine ei ole kasvanut juuri ollenkaan, jossain tapauksessa jopa vähentynyt. Tämä selittyy renkaiden koon kasvulla ja ominaisuuksien kehityksellä (ilmatila, kantavan alueen pinta – ala, mahdollisuus käyttää alhaista ilmanpainetta). Vastaavasti syvemmällä kuormitus maata kohtaan on samassa ajassa yli kaksinkertaistunut.
Muokkauskerroksen alapuolisiin maakerroksiin vaikuttaa pääasiassa akselimassa yksittäisten pyöräkuormien kautta. Vaikutus on maassa ”paineaaltomaisesti” ja säteittäin kaikkiin suuntiin etenevä. Painevaikutus on suurimmillaan juuri renkaan alla ja vaimenee edetessään syvemmälle ja ulommaksi. Vaikutus ulottuu sitä suurempana ja syvemmälle minkä pehmeämpää ja märempää maa on. Oleellista on, ettei akselimassaa ja sen tuottamaa pyöräkuorman vaikutusta voi kumota. Mitä suurempi pyöräkuorma on, sitä syvemmälle painevaikutus ulottuu ja riski maan tiivistymiseen kasvaa.
Syvemmissä maakerroksissa (40–60 cm) keinot, jotka auttavat pinnalla ja muokkauskerroksessa (esim. renkaiden ilmanpaineen alentaminen, suurilmatilarenkaat, telat), eivät oleellisesti vähennä maahan kohdistuvaa kuormitusta, vaan samalla pyöräkuormalla kuormitustaso säilyy samana.
Jos pyöräkuorma aiheuttaa eri maakerroksiin maan lujuutta suuremman jännityksen, pyörän jäljen alle ja ympärille syntyy siirtymiä, jotka voivat palautua, tai jos jännitykset ovat riittävän suuria, tapahtuu muodonmuutos jonka palautuminen voi kestää kauan tai jäädä kokonaan tapahtumatta. Jotta ainakin palautumattomalta muodonmuutokselta vältyttäisiin, tulisi jännitys ja sitä aiheuttavat pyöräkuormat pystyä pitämään maan kestävyyden rajoissa.
Sivun 43 yläkuvassa esitetty malli kuulostaa varsin teoreettiselta koska maan lujuutta on vaikea todeta ja lisäksi tilanne vaihtelee maalajien, maan kunnon ja myös olosuhteiden suhteen. On myös helppo sanoa, että pyöräkuormia on rajoitettava, mutta kuinka paljon ja millä tavalla niin, että suorituskyky säilyy? Koneiden suurenemisella on perusteensa ja työt on tehtävä huonoimmissakin olosuhteissa.
Ainakin varustelun suhteen on ja pitemmällä tähtäimellä myös tuotantotekniikan kautta pystytään vaikuttamaan. Vaihtoehtojen harkinta ja valinta vaatii kuitenkin mitallista ja laadullista tietoa pyöräkuormien vaikutuksesta maahan eri käyttötilanteissa ja olosuhteissa. Koneviesti on tehnyt maapainemittauksia eri pyöräkuormilla ja -varustuksilla tarkoituksena selvittää maata säästävien menetelmien ja varustusten määrittämiseksi käytännössä. Mittauksia on tehty vuosina 2017 ja 2018. Niitä jatketaan myös tulevana kasvukautena 2019.
Koejärjestelyissä mitataan koneiden maahan kohdistamia pysty- ja sivusuuntaisia paineita. Pystysuuntaisten paineiden mittaus tapahtuu sijoittamalla painetta tunnistelevia anturiputkia vaakasuuntaisesti, traktorin/työkoneen pyöränjäljen alapuolelle vaihteleviin syvyyksiin. Koneilla ajetaan mittauskohtien ylitse ja paineenmuutos välittyy anturissa olevan painelähettimen kautta mittaustietojen tallennuslaitteistolle. Tulokset voidaan lukea taulukko- tai grafiikkamuodossa, ja niistä voidaan tunnistaa eri pyörien/pyöräparien tai telavarustusten maakerroksiin tuottamia paineita.
Sivusuuntaisten paineiden mittaus tapahtuu samalla menetelmällä, mutta erilaisella anturoinnilla. Ajolinjan viereen kaivetaan suorakaiteenmuotoinen mittaustila jonka ”seinien” väliin sivuttaisjännityksen tuottama paine mitataan. Tässäkin voidaan käyttää eri syvyyksiä.
Menetelmä sopii erityisesti vertailevaan tutkimukseen – voidaan verrata rengaspaineiden, akseli/pyöräpainotasojen, painon jakautumisen, yksikkö/levikepyörien tai telavarustusten tuottamia paineita eri olosuhteissa. Myös vetovoiman ja luiston vaikutusta voidaan huomioida.
Mittausten tavoitteena on selvittää lähinnä traktoreiden erilaisten painotus, pyörä- ja rengasvarusteiden vaikutuksia maan tiivistymiseen sekä muokkauskerroksessa että sen alapuolella. Mittausten toivotaan antavan osviittaa siihen, miten koneita tulisi varustaa, jotta maan vuotuinen sadontuottokyky ja rakenne pitemmällä aikavälillä säilyisivät vähintäänkin nykyisellä tasolla ja mieluummin paranisivat.
Koneiden vaikutuksen tutkiminen ei valitettavasti vastaa tähän puoleen, ja kattava maan ”lujuuden” mittaaminen yksittäisissä pelto-olosuhteissa ei ainakaan vielä ole mahdollista – olosuhdevaihteluista puhumattakaan. Alan tutkimukset ja kirjallisuus antavat raja- arvoja, mutta niiden toimivuus meikäläisissä olosuhteissa on vielä melko vähän tutkittu asia. Erityisesti Sveitsissä ja Ruotsin Maatalousyliopistossa (SLU) vaikuttavan tohtori Thomas Kellerin aineistoja on saatu tässäkin jutussa käyttää ansioikkaiden Järki Pelto- ja Osmo-hankkeiden kautta. Käytännön kokemuksista tunnetaan liiallisen kosteuden haitallinen vaikutus sekä vetokykyyn että maan rääkkääntymiseen, mutta niistä johdettu tietämys on enemmän suuntaa antavaa kuin täsmällistä.
Maapainemittauksia voidaan ajatella hyödynnettävän yhdistämällä niitä käytännön viljelykokemukseen, mahdollisesti käytössä olevan täsmäviljelytekniikan aineistoihin ja edelleen myös vähitellen kehittyvien simulointityökalujen kuten Terranimon (KV 4/2018) aineistoihin. Näitäkin asioita tullaan käsittelemään lisää, kunhan kokeet ja mittaukset edistyvät.
Kuvat: Uolevi Oristo, Tapio Riipinen, grafiikka: Jukka-Pekka Lindbäck
