ILMASTO - MAAPERÄ - ITÄMERI - BIODIVERSITEETTI

Tiedejulkaisuja Carbon Action -alustalta

Kasvien monimuotoisuus tukee maaperän mikrobiyhteisöjä ja kestävää maataloutta

CAPPELLI, SERAINA ET AL. 2022. Plant biodiversity promotes sustainable agriculture directly and via belowground effects. TRENDS IN PLANT SCIENCE. |

Monimuotoisen kasvillisuuden tiedetään vaikuttavan positiivisesti ekosysteemien toimintaan. On kuitenkin epäselvää, kuinka suuri osa vaikutuksista johtuu maaperän mikrobeista. Tämä julkaisu kokoaa yhteen tämänhetkisen tiedon kasvien monimuotoisuuden, maan mikrobiston, ja ekosysteemien toiminnan välisistä yhteyksistä. Tutkimuksessa todetaan, että kasvien monimuotoisuus lisää mikrobien monimuotoisuutta – ja että sekä maanpäällisen että maanalaisen monimuotoisuuden avulla voidaan parantaa ja ylläpitää maatalousekosysteemien kestävyyttä. Tietoaukkoja on edelleen liittyen kasvien ja maan mikrobien väliseen vuorovaikutukseen eri ympäristöissä, sekä siihen, kuinka maatalouskäytännöt vaikuttavat luonnon monimuotoisuuden ja ekosysteemien toiminnan välisiin suhteisiin.

Ilmastonmuutos vauhdittaa hiilen karkaamista viljelykäytössä olevilla kivennäismailla

Heikkinen, Jaakko et al. 2022. Climate change induces carbon loss of arable mineral soils in boreal conditions. Global Change Biology. |

Maailmanlaajuisesti neljäsosa maaperän orgaanisesta eli eloperäisestä hiilestä sijaitsee pohjoisella havumetsävyöhykkeellä, ja samalla alueella ilmasto lämpenee nopeasti. Tässä tutkimuksessa viljelysmaiden pintamaan hiili väheni vuosittain keskimäärin 0,35 % eli 3,5 promillea vuosien 2009–2018 aikana. Tärkeimpiä hiiltä vähentäviä tekijöitä ovat olleet kesälämpötilojen (touko-syyskuu) nousu ja sademäärän lisääntyminen. Erityisesti entiset eloperäiset maat olivat alttiita suurille hiilen menetyksille. Näyttää siltä, että vaikka hiilen määrää maaperässä pystytään lisäämään viljelymenetelmien, kuten monipuolisen viljelykierron ja monivuotisten nurmien avulla, pelkästään näillä toimilla on hyvin hankalaa kattaa kaikkea ilmaston lämpenemisen aiheuttamaa orgaanisen hiilen menetystä maasta. Onkin erittäin tärkeää lisäksi pienentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Maaperän hiilimallin kalibrointi useammalla aineistolla parantaa mallin suorituskykyä

Viskari, Toni et al. 2022. Calibrating the soil organic carbon model Yasso20 with multiple datasets. Geoscientific Model Development. |

Maaperän hiilimallien avulla voidaan arvioida hiilivarastojen jakaumaa ja muutoksia maailmanlaajuisesti. Malleihin käytetyt kalibrointimenetelmät vaikuttavat mallien suorituskykyyn. Maaperän hiiltä mallinnettaessa kalibroinnilla tarkoitetaan mallin tuottamien arvojen vertaamista mittausaineistoista saatuihin arvoihin. Tässä tutkimuksessa testattiin Yasso-hiilimallin uuden version (Yasso20) suorituskykyä, kun kalibroitiin yksittäisellä mittausaineistolla sekä useammalla aineistolla. Yasso20-mallia myös verrattiin Yasson vanhempaan versioon. Saatujen tulosten mukaan mallin suorituskyky maailmanlaajuisessa mittakaavassa parani, kun mallinnus tehtiin useamman eri ekosysteemistä kerätyn aineiston pohjalta. Yasso20-malli suoriutui mallin validoinnista aikaisempaa mallia paremmin.

Pelto-observatorio – Maatalousmaiden hiilen seuranta, raportointi ja todennus

NEVALAINEN, OLLI ET AL. 2022. Towards agricultural soil carbon monitoring, reporting and verification through Field Observatory Network (FiON). GEOSCIENTIFIC INSTRUMENTATION, METHODS AND DATA SYSTEMS |

Hiiliviljelykäytäntöjen kehittämiseksi ja vaikutusten ymmärtämiseksi on tarpeen seurata maaperään sitoutunutta hiiltä eri maaperä- ja ilmasto-olosuhteissa. Field Observatory Network (FiON) on luonut menetelmän kohti maatalouden hiilen sitoutumisen seurantaa ja ennustamista yhdistämällä offline- ja lähes reaaliaikaiset kenttämittaukset, säätiedot, satelliittikuvat ja mallinnuksen. Työn ja tulosten jakamiseksi on rakennettu kaikille avoin verkkoalusta nimeltä Pelto-observatorio (fieldobservatory.org).

Yleinen maaperätesti mittaa peltojen kuivatusojiin kertyvää perintöfosforia

Mattila, Tuomas & Ezzati, Golnaz. 2021. A common agricultural soil test can identify legacy P hotspots in a drainage ditch network. Journal of Environmental Management |

Perintöfosforilla tarkoitetaan maahan kertyneitä fosforivarantoja, jotka ylittävät maan fosforinpidätyskyvyn. Tällöin fosfori on alttiina huuhtoutumiselle. Yleisesti käytetyllä Mehlich-3 -maaperätestillä voidaan mitata fosforin saturaatiota eli kyllääntymistä ja perintöfosforin määrää. Tässä tutkimuksessa analysoitiin aikaisemmin julkaistua maanäyteaineistoa, joka oli kerätty peltojen kuivatusojien piennarten sedimenteistä. Tutkimuksen mukaan kustannustehokas Mehlich-3 maaperätesti on toimiva työkalu fosforin huuhtoutumiselle alttiiden alueiden paikantamiseksi ojaverkostossa.

Maatalousmaan kationinvaihtokapasiteetin määritysmenetelmien vertailu

MATTILA, TUOMAS & RAJALA, JUKKA. 2021. ESTIMATING CATION EXCHANGE CAPACITY FROM AGRNOMIC SOIL TESTS: COMPARING MEHLICH-3 AND AMMONIUM ACETATE SUM OF CATIONS. Soil Science Society of America Journal |

Kationinvaihtokapasiteetti kertoo maaperän kyvystä pidättää ja vapauttaa ravinteita. Kationinvaihtokapasiteetin tarkka määrittäminen on työlästä ja aikaa vievää, minkä vuoksi on kehitetty nopeampia tapoja arvioida sitä maanäytteistä. Tässä tutkimuksessa verrattiin kahden yleisesti käytetyn arviointimenetelmän tuloksia tarkkojen mittausten tuloksiin 48 maanäytteellä. Verratut arviointimenetelmät eroavat käytetyn uuttoaineen osalta: USA:ssa käytetään Mehlich-3:a, Euroopassa AAc:ta. Tulosten perusteella nämä perinteiset arviointimenetelmät aliarvioivat kationinvaihtokapasiteetin: Mehlich-3 36 % ja AAc 24 %. Kationinvaihtokapasiteetin arviointimenetelmät tulisi päivittää. Arviota voidaan parantaa huomioimalla alumiinipitoisuus (johtaa 12 % yliarvioon) tai parantamalla käytettyä matemaattista mallia (3 % aliarvio), kasvattamatta analyysin kustannuksia.

Maanviljelijöille tarkempi tieto tarjoaa paremman käsityksen maaperän mahdollisuuksista varastoida ja vapauttaa ravinteita, jonka avulla viljelijät voivat tehdä parempia päätöksiä kalkituksesta ja muista toimista maaperän kasvukunnon parantamiseksi.

Miten viljelijät suunnittelevat maaperän hiiltä lisääviä toimia?

MATTILA, TUOMAS ET AL. 2021. HOW FARMERS APPROACH SOIL CARBON SEQUESTRATION? LESSONS LEARNED FROM 105 CARBON-FARMING PLANS. SOIL AND TILLAGE RESEARCH |

Tutkimuksessa hiiliviljelyn perusteista koulutuksen saaneet 105 Carbon Action -viljelijää laativat pelloilleen hiiliviljelysuunnitelmat, jotka annettiin asiantuntijaryhmän arvioitavaksi ja joista laskettiin maan hiilitase. Lisäksi maaperätesteillä selvitettiin mahdolliset ravinteiden rajoitteet ja olemassa olevat hiilivarastot. Tutkimuksessa todettiin suuri mahdollisuus maaperän hiilen lisäämiselle. Suunnitelmat olivat laadultaan hyviä. Ravinneköyhien maanparannusaineiden, kuten biohiilen ja metsäteollisuuden kuitulietteiden, runsas lisääminen sekä laidunnus arvioitiin tehokkaimmiksi keinoiksi varastoida hiiltä. Viljelijät suosivat menetelmiä, joiden hiilenvarastointihyöty on suhteellisen pieni, mutta jotka lisäksi parantavat maan rakennetta ja tuottavuutta. Suurella osalla tiloista suunniteltu hiilen lisäys 5 vuodessa on niin pieni, että sitä on vaikea mitata maaperänäytteistä. Tämä vahvistaa entisestään mallinnuksen ja maaperänäytteiden yhdistämisen tärkeyttä hiilivarastojen todentamisessa.

Maaperätestien erot ravinnepuutosten osoittamisessa

MATTILA, TUOMAS & RAJALA, JUKKA. 2021. DO DIFFERENT AGRONOMIC SOIL TESTS IDENTIFY SIMILAR NUTRIENT DEFICIENCIES? SOIL USE AND MANAGEMENT |

Tutkimuksessa verrattiin viittä kaupallisesti saatavilla olevaa maaperätestiä, joilla arvioidaan maaperän ravinnetasoja. Vertailuun käytetyt maaperänäytteet oli kerätty 24 pellolta lyhytaikaisen maaperän laatukokeen (4 vuoden) aikana. Eri testit näyttivät eri suuruusluokan tuloksia ravinnemäärille, mutta testien tulokset kuitenkin korreloivat keskenään, eli tulokset olivat suhteellisesti samankaltaisia. Kuitenkin testit näyttivät keskenään erilaisia puutteita ravinteissa. Paikallista kalibraatiota tarvitaan ravinnepuutosten osalta testin suositusten tulkintaan. Näitä testejä tuleekin käyttää vain täydentävänä tietona, eivätkä ne korvaa kasvisolukkotestejä.

Älypuhelimella tehtävä kasvillisuuden peittävyyden arvio riippuu puhelimen kamerasta

MATTILA, TUOMAS & HEINONEN, REIJA. 2021. SMARTPHONE-BASED ESTIMATION OF GREEN COVER DEPENDS ON THE CAMERA USED. AGRONOMY JOURNAL |

Älypuhelimen avulla tehtävä kasvillisuuden visuaalinen arviointi on lupaava, nopea ja toistettava lähestymistapa, jonka avulla maanviljelijät voivat verrata oman tilansa mittauksia muihin tiloihin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kahden eri älypuhelimen avulla viljelykasvien viherpeitteitä ja verrattiin tuloksia keskenään. Näytteitä otettiin Suomessa 40 pellolta 10.–28. heinäkuuta 2020. Tuloksia verrattiin myös Sentinel-2:n normalisoidun kasvillisuusindeksin (NDVI) ja biomassakvadranttien kaukokartoitustuloksiin. Löydökset viittaavat siihen, että älypuhelinpohjaista seurantaa voidaan käyttää ainakin kasvillisuuden luokittelemiseen matalaan, keskitasoon ja korkeaan tiheyteen, mutta eri kameroiden tuloksia ei pidä verrata.

Maanmuokkauksen vaikutukset maaperän ominaisuuksiin ja eroosioon savimaalla

HONKANEN, HENRI ET AL. 2021. Response of boreal clay soil properties and erosion to ten years of no-till management. SOIL & TILLAGE |

Tässä tutkimuksessa verrattiin maanmuokkauksen ja muokkaamatta jättämisen vaikutuksia maaperän ominaisuuksiin ja hiilivarastoon kevätviljalla kylvetyllä savimaalla Lounais-Suomessa. Maan muokkaamatta jättäminen vähensi eroosiota 56%, vaikka pintavalunta oli suurempaa muokkaamattomilta pelloilta. Muokkaamattomilla pelloilla pintamaassa oli enemmän suuria maamuruja ja niihin sitoutunutta orgaanista hiiltä. Myös lieroja oli enemmän sekä yksilö- että lajitasolla. Vaikka maan muokkaamatta jättäminen on tehokas keino vähentää eroosiota ja lisätä pintamaan hiilipitoisuutta, tarvitaan muitakin keinoja maan hiilivaraston kasvattamiseksi, erityisesti savimaiden syvemmissä kerroksissa.

Eteläsuomalainen nurmipelto toimi hiilinieluna kaksivuotisessa tutkimuksessa

HEIMSCH, LAURA ET AL. 2020. Carbon dioxide fluxes and carbon balance of an agricultural grassland in southern Finland. BIOGEOSCIENCES DISCUSS |

Tutkimuksessa seurattiin nurmipeltoa, joka on siirtymässä voimaperäisistä maatalousmenetelmistä uudistaviin menetelmiin. Pellon ja ilmakehän välistä hiilidioksidin vaihtoa mitattiin kahden vuoden ajan (2018–2020) Qvidjan tilalla Etelä-Suomessa. Erityisesti ensimmäisenä mittausvuonna oli hyvin kuivaa, mikä pienensi pellon hiilidioksidinvaihtoa. Nurmipelto toimi kuitenkin molempina mittausvuosina hiilinieluna.

Tiekartta ekosysteemien mittaamisen ja mallintamisen yhdistämiseen

FER, ISTEM ET AL. 2020. BEYOND ECOSYSTEM MODELING: A ROADMAP TO COMMUNITY CYBERINFRASTRUCTURE FOR ECOLOGICAL DATA‐MODEL INTEGRATION. GLOBAL CHANGE BIOLOGY |

Eri mittaustulosten ja havaintojen yhdistäminen ekosysteemimalleihin toimii pullonkaulana saatavilla olevan tiedon tehokkaaseen hyödyntämiseen. Tässä julkaisussa tarkastellaan ekosysteemien mittaus- ja mallinnustyön välistä tiedonvälitystä, ja esitetään tiekartta kokeellisen tutkimuksen ja mallintamisen välisen kuilun pienentämiseksi. Johtopäätöksissä todetaan, että koko tiedeyhteisön asiantuntemusta hyödyntävien, helposti saavutettavien ja toistettavien työkalujen käyttö tutkimuksessa on avainasemassa mittaustulosten ja mallien tuottaman tiedon yhdistämisessä. Tämän pohjalta kehitetään hiilensidonnan todentamisjärjestelmää osana Carbon Action -tutkimusta.

Ilmastonmuutoksen hillintä maataloudessa: Toimenpiteet, kustannukset ja politiikka

Ollikainen, Markku et al. 2020. Climate change mitigation and agriculture: measures, costs and policies – A literature review. Agricultural and Food Science |

Tässä kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin politiikan keinoja kannustaa kasvihuonekaasupäästöjä vähentävien toimenpiteiden käyttöönottoon maatiloilla. Hiiliverojen ja päästökaupan arvioitiin olevan toimivimpia poliittisia kannustimia, joskin näiden haasteena on päästöjen muutosten mittaaminen ja todentaminen. Viljelymaan hiilensidonnan arvioinnissa haastetta aiheuttaa myös hiilensidontaan liittyvä vaihtelu sekä hiilensidonnan pysyvyys. Lisäksi päästövähennysten määrästä ja kustannuksista saadaan suuresti vaihtelevia lukuja mittauksissa ja mallinnuksissa. Johdonmukaisempaa tietoa tarvitaan poliittisten kannustimien suunnitteluun.

Maaperän orgaaninen hiili ja savespitoisuus ovat määrääviä tekijöitä viljan satotasoille

Soinne, Helena et al. 2020. Soil organic carbon and clay content as deciding factors for net nitrogen mineralization and cereal yields in boreal mineral soils. European Journal of Soil Science |

Kivennäismailla Suomessa ja muualla boreaalisella vyöhykkeellä maaperän orgaanisen hiilen ja saven määrä vaikuttavat typen mineralisoitumiseen, typpilannoitteiden määrän tarpeeseen ja satotasoihin. Asianmukaisten satotasojen saavuttamiseksi viljelijät usein täydentävät maaperän typpitasoja lannoituksella. Typpilannoitteen liiallisesta levittämisestä aiheutuvien taloudellisten menetysten ja negatiivisten ympäristövaikutusten välttämiseksi on tarpeen arvioida maaperässä luontaisesti esiintyvän, kasveille käyttökelpoisen typen määrä. Tässä artikkelissa pyrittiin tunnistamaan maatilan tasolla sovellettavia yksinkertaisia indikaattoreita maaperän typelle.

Savimailla, joissa on korkea savespitoisuus suhteessa hiilen määrään, todettiin olevan riski mataliin satotasoihin. Typen mineralisaatio pieneni saves/hiili -suhteen kasvaessa. Tutkimuksen perusteella pellon korkeampi savespitoisuus vaatii siis enemmän orgaanista hiiltä riittävien satojen saavuttamiseksi. Karkeilla kivennäismailla typen käytön tehokkuus kasvoi maan orgaanisen hiilen myötä.

Viljelymaiden hiilivarastojen arviointi boreaalisella vyöhykkeellä

Heikkinen, Jaakko et al. 2020. Estimation of carbon stocks in boreal cropland soils ‐ methodological considerations. European Journal of Soil Science |

Maatalousmaiden valjastaminen hiilinieluiksi edellyttää menetelmiä todentaa maaperän eloperäisen eli orgaanisen hiilen (SOC) varastojen muutoksia. Myös arvioita eri maankäyttötapojen vaikutuksista orgaaniseen hiileen tulee tarkentaa. Tässä tutkimuksessa käytettiin Suomen kansalliseen maaperänseurantaverkostoon sisältyvää näytesarjaa SOC-varaston ja sen syvyyssuuntaisen jakauman määrittämiseksi suomalaisilla, maatalouskäytössä olevilla kivennäismailla. Tutkimuksen tulosten mukaan kivennäismaiden hiilipitoisuus boreaalisella vyöhykkeellä on korkea. Monivuotisten kasvien sisällyttäminen viljelykiertoon kasvatti hiilen määrää pintamaassa. Hiilivarastojen muutosten arviointi maanäytteiden pohjalta vaatii todella suuren määrän näytteitä, joten todentamisen tueksi tarvitaan mallinnusta sekä lohkotason aineiston keruuta esimerkiksi kaukokartoituksen avulla.

Tiladata-assimilaatio maaperän hiilivaraston ennusteiden välineenä

Viskari, Toni et al. 2020. Improving Yasso15 soil carbon model estimates with ensemble adjustment Kalman filter state data assimilation. Geoscientific Model Development |

Malleihin pohjautuvat ennusteet maaperän orgaanisesta hiilestä (SOC) ovat tärkeitä maaperän hiilivarastojen koon ja muutosten arvioimiseksi. Yksityiskohtaisten havaintojen puute kuitenkin rajoittaa näiden ennusteiden luotettavuutta ja sovellettavuutta. Tässä artikkelissa tarkasteltiin, kuinka käytössä olevan mittausaineiston perusteella luotua SOC-mallia ja ennustetta voidaan päivittää käyttäen tiladata-assimilaatiota (SDA). Tässä muun muassa sääennusteiden laatimisessa käytetyssä menetelmässä yhdistetään tietoa useammasta lähteestä tarkemman ennusteen saamiseksi. Tutkimuksen mukaan SDA on hyödyllinen väline ennustettaessa maan orgaanisen hiilen varastojen muutoksia.

Eri mallien yhdistämisellä parempaa maan orgaanisen hiilen ennustettavuutta

Farina, R. et al. 2020. Ensemble modelling, uncertainty and robust predictions of organic carbon in long‐term bare‐fallow soils. Global Change Biology |

Maaperän orgaanisen hiilen (SOC) dynamiikkaa maailmanlaajuisissa hiilen kierron ennusteissa tutkitaan simulaatiomallien avulla. Tässä tutkimuksessa arvioitiin eri hiilimalleista simuloituja SOC -tuloksia vertaamalla simulaatioita peltokokeiden tuloksiin eri puolilta Eurooppaa. Näillä pitkän aikaa avokesantoina olleilla koealoilla on seurattu orgaanisen hiilen hajoamista vuosikymmenien ajan viimeisimmän kasvimateriaalin syöttämisen jälkeen. Tämä tarjoaa mahdollisuuden testata hajoamista ilman jatkuvaa uuden eloperäisen materiaalin syöttämistä. Tutkimuksen mukaan eri mallien yhdistämisellä voidaan lisätä luottamusta SOC-dynamiikan pitkän aikavälin ennusteisiin vähentämällä malliarvioiden epävarmuutta.

Isäntäkasvin varhaiset loiskannat muokkaavat loiskantojen kokoonpanoa

Halliday et al. 2020. Facilitative priority effects drive parasite assembly under coinfection. Nature Ecology &Evolution |

Kasvit ovat usein monen eri loisen tartuttamia, minkä vuoksi myös loisten väliset vuorovaikutussuhteet samassa isäntäkasvissa ovat monimutkaisia. Isännän immuniteetin rooli tarttumisprosessissa on kuitenkin huonosti ymmärretty. Tässä tutkimuksessa testattiin, kuinka isäntäkasvin vaste ensimmäisenä saapuvaan loiskantaan vaikuttaa sen herkkyyteen seuraavia loiskantoja vastaan. Tulosten mukaan aiempi loisinfektio heikensi isäntäkasvin vastustuskykyä muita loiskantoja vastaan, ja muokkasi loiskantojen kokoonpanoa. Loiskannan monimuotoisuus myös jakautuu alueellisesti ja ajallisesti tautiepidemioiden aikana.