MAATALOUDEN ALUEELLISEN VESIENHALLINNAN LASKENTA-ALUSTA (MAVELA)
MAVELA-hankkeen tavoitteena on edistää maatalousalueiden vesienhallinnan suunnittelua aluelähtöisesti ja varautumista tulevaisuuden ilmasto-olosuhteisiin kuten erilaisiin ääri-ilmiöihin, rankkasateisiin ja kuivuusjaksoihin. Osahankkeessa 1 laaditaan vesienhallinnan parissa työskenteleville suunnattu työkalu, jolla voidaan tarkastella yksittäisen pellon, kuivatusalueen tai valuma-alueen vesienhallintaa. Laskentatyökalu toimii eräänlaisena digitaalisena kaksosena, joka integroi havaitun datan simulointimalleihin, ja jonka avulla eri käyttäjäryhmät voivat saada tarvitsemansa käytännön informaation tarkasteltavasta alueesta. Laskenta-alusta tuottaa ajantasaista tietoa kohteen vesienhallinnasta. Ajankohtainen tieto vesitaseesta ja hydrologisesta tilasta edesauttaa suunnittelemaan vesienhallinnan sopeutumista tuleviin sääolosuhteisiin. Laskenta-alustalla voidaan tulevaisuudessa arvioida tietyn pellon vesitaloutta ilman intensiivistä mittaustoimintaa.
Laskenta-alustaa varten osahankkeessa 2 toteutetaan maaperäkirjasto, joka kokoaa yhteen eri seurannoista ja tutkimushankkeista kerättyjen maanäytteiden (tuhansia mittauspisteitä) ominaisuudet. Kirjastoa voidaan hyödyntää mallisovellusten parametrisoinneissa ja sen tiedot ovat yhdistettävissä maalajikarttoihin, jolloin voidaan luotettavammin huomioida eri maalajien ominaisuudet laskennassa. Laskenta-alusta yhdessä maaperäkirjaston kanssa tuottaa tietoa pelto-, kuivatus- ja valuma-alueiden vesienhallintaan ja auttaa suunnittelemaan toimivia vesienhallintakokonaisuuksia eri alueille.
Hanke toteutetaan kahtena osahankkeena:
1) FLUSH-mallin kehittäminen:
- a Laskenta-alustan automatisointi
Ensimmäinen vaihe keskittyy laskenta-alustan tekniseen toteutukseen, digitaalisen kaksosen luomiseen tutkittavasta kohteesta, sekä vesienhallintamenetelmien monipuoliseen kuvaukseen osana FLUSH-mallia. Laskenta-alusta tulee hyödyntämään hankkeessa toteutettua maaperäkirjastoa simuloitavan kohteen maaperän hydraulisten ominaisuuksien parametrisoinnissa. Skenaariotulosten perusteella voidaan vertailla, kuinka esimerkiksi pohjavedenpinta, pellon vesitase sekä valuntakomponentit muuttuvat eri kuivatusmenetelmillä.
- b Kuivatusalueen vesienhallinnan sovellus
Toisessa vaiheessa sovelletaan ensimmäisen vaiheen tuotosta eli automatisoitua laskenta-alustaa muodostamalla digitaalinen kaksonen Sievissä sijaitsevalle Korvenojan kuivatusalueelle. Kuivatusalueen vesienhallinta pitää sisällään toimenpiteet niin pellolla (esim. säätösalaojitus ja salaojakastelu) kuin peruskuivatusuomassa (valtaojan padotus), mikä vaikuttaa pelloilla toteutettavaan paikalliskuivatuksen toimintaan. Ensimmäisessä vaiheessa kehitetyn automaattisen laskenta-alustan toimivuutta arvioidaan vertaamalla simulaatiotuloksia ympäröiviltä pelloilta ja uomasta, pohjavedenpinnan korkeusmittauksiin eri etäisyyksiltä uomasta sekä uoman vedenkorkeuteen padotuskohdassa.
2) Maaperäkirjaston toteuttaminen:
Maaperäkirjaston maalajikohtaiset hydrauliset ominaisuudet kuten vedenpidätyskyky ja -johtavuus arvioidaan olemassa olevien maalajikarttojen maalajeille hyödyntäen olemassa olevia maaperän koostumus- ja rakennemäärityksiä sekä niin kutsuttuja pedotransfer-funktioita. Näillä funktioilla voidaan arvioida maaperän hydrologisia sekä muita ominaisuuksia yksinkertaisten maaperämääritysten kuten lajitekoostumuksen ja orgaanisen aineksen pitoisuuden avulla, ja niitä on kehitetty runsaasti eri puolilla maailmaa. Hankkeessa tuotetaan suomalaisia maita kuvaavia pedotransfer-funktioita, joilla puolestaan tuotetaan FLUSH-mallille käyttökelpoista aineistoa maaperän parametrisointia varten. Tuotettavassa maaperäkirjastossa maalajikohtaiset hydrauliset ominaisuudet esitetään tilastollisesti ja todennäköisyysjakaumina. Pedotransfer-funktioiden soveltamisessa kohteissa, joista mittaustuloksia ei ole saatavilla, hyödynnetään maaperäkarttoja.
Hanke toteutetaan yhteistutkimushankkeena vuosina 2023–2025. Hankkeen osapuolet ovat: Salaojituksen tutkimusyhdistys ry, Salaojayhdistys ry, Luonnonvarakeskus (Luke), Aalto yliopisto ja Sven Hallinin tutkimussäätiö sr. Salaojituksen tutkimusyhdistys ry vastaa hankkeesta ja sen vastuullinen johtaja on Salaojayhdistys ry:n toiminnanjohtaja Olle Häggblom.
Hanketta rahoittavat ympäristöministeriö (Vesiensuojelun tehostamisohjelma), Pohjois-Pohjanmaan ELY-keskus (maa- ja metsätalouden vesienhallinta) ja Salaojituksen Tukisäätiö sr sekä hankkeeseen osallistuvat laitokset.
MAVELA-HANKKEEN EDISTYMINEN (päivitys 1.11.2024)
Hankkeen ensimmäisessä osahankkeessa on kehitetty automatisoitua laskenta-alustaa, joka mahdollistaa FLUSH-mallin ajamisen käyttäjän valitsemille kohteille Suomessa. Alusta tukee mallin ajoa yhden vuoden ajalle ja antaa käyttäjälle mahdollisuuden määritellä salaojitusparametreja ja maalajityyppejä, jolloin se tuottaa kuvaajia pellon vesitalouden tärkeimmistä muuttujista. Alusta hyödyntää Ilmatieteen laitoksen päivittäisiä sääaineistoja.
Laskenta-alusta on toteutettu Python-ohjelmointikielellä ja sen käyttö edellyttää, että tietokoneelle on asennettu FLUSH-malli sekä sen rinnakkaislaskennan tarvitsemat ohjelmistot. Alustan käytettävyyttä parannetaan edelleen, ja hankkeen seuraavassa vaiheessa testataan sen toimivuutta Sievin koekentän havaintojen kanssa. Porokhivnyk (2024) on tehnyt laskenta-alustan rakentamisesta dokumentaation. Lisäksi työstä on lähetetty käsikirjoitus julkaistavaksi ammattilehdessä (Salla et al. 2024).
Toisessa osahankkeessa on kerätty suomalaisten kivennäismaiden hydraulisia ominaisuuksien mittausaineistoja sekä näihin liittyviä pedotransfer-funktioihin tarvittavia taustamuuttujia. Mittausaineisto koostuu Luonnonvarakeskuksen ja Salaojayhdistyksen kenttäkokeista saaduista tuloksista. Työssä hyödynnettiin myös valtakunnallisen maaperäseurannan (Valse) aineistoa.
Pedotransfer-funktioita kehitettiin Tóthin ym. (2015) eurooppalaisten mallien pohjalta. Niiden toimivuus osoittautui kohtuulliseksi vedenpidätyskyvyn ennustamisessa, mutta hydraulisen johtavuuden osalta toimivuus oli heikompi. Pedotransfer-funktioiden ja Valse-aineiston avulla on laadittu ennusteet Suomen peltomaiden hydraulisista ominaisuuksista maalajeittain. Näitä ennusteita voidaan käyttää, kun tarvittavaa taustamittausdataa ei ole saatavilla. Seuraavassa vaiheessa näistä tiedoista tuotetaan peltomaiden hydraulisia ominaisuuksia koskeva ja kaikille avoin maaperäkirjasto.
Hanke jatkuu vuoden 2025 kesäkuuhun.
Viitteet
Porokhivnyk, T. (2024) Automated computational tool for simulating field-scale agricultural hydrology and water management. MSc Thesis. Aalto University.
Salla, A., Porokhivnyk, T., Koivusalo, H., Salo, H., Mäkelä, M., Häggblom, O. Peltoalueen vesienhallintaa laskentatyökalun avulla. Vesitalous. Lähetetty julkaistavaksi.
Tóth, B., Weynants, M., Nemes, A., Makó, A., Bilas, G., & Tóth, G. (2015). New generation of hydraulic pedotransfer functions for Europe. European journal of soil science, 66(1), 226-238. https://doi.org/10.1111/ejss.121
———————-
VESITALOUDEN HALLINTA MAATALOUSVALTAISILLA VALUMA-ALUEILLA (VESIMA)
Vesitalouden hallinta maatalousvaltaisilla valuma-alueilla (VESIMA) -hanke päättyi lokakuun 2024 lopussa. Hankkeessa kehitettiin valuma-aluelähtöisen suunnittelun tueksi käytännön suunnitteluohjeita ja selvitettiin eri ojitusratkaisujen vaikutuksia kasvintuotantoon ja ympäristöön.
Kokonaisuudessaan hankkeen tulokset ovat laajasti sovellettavissa valuma-aluelähtöisessä vesitalouden suunnittelussa maatalousvaltaisilla alueilla. VESIMA-hankkeen loppuraportti julkaistaan alkuvuodesta 2025 Salaojituksen tutkimusyhdistyksen tiedotteet-sarjassa, josta tuloksia voi lukea tarkemmin. Tutkimusta jatketaan käynnissä olevassa MAVELA-hankkeessa sekä juuri käynnistyneessä REWATER-hankkeessa.
VESIHAVE 2
VesiHave 2 -hanke toteutettiin yhteistutkimushankkeena vuosina 2021-2022, ja se liittyi vuosina 2018-2020 toteutettuun Vesitalouden hallinta vesiensuojelussa (VesiHave)-hankkeeseen.
Vesitalouden hallinta vesiensuojelussa 2 (VesiHave 2) -hankkeen tavoitteena oli selvittää, miten paikallis- ja peruskuivatukseen kohdistuvilla toimenpiteillä voidaan säätää pellon vesitaloutta siten, että hyödynnetään satopotentiaali, turvataan kestävä maan rakenne ja minimoidaan vesistökuormitus. Ojituksen lisäksi hankkeessa tutkittiin myös syväjuuristen kasvien ja jankkuroinnin vaikutusta em. tekijöihin. Lisäksi tutkittiin maan kuivatustilan ja kasvihuonekaasupäästöjen välisiä yhteyksiä sekä fosforilannoituksen vaikutusta satoon.
Suomi osallistui kansainväliseen WATERDRIVE – hankkeeseen, jossa toteuttiin kestäviä menetelmiä maatalouden valumavesien hallinnassa. Hanke aktivoi paikallistason toimijoita ja kehitti toimintamalleja ja keinoja paikallistason työn vauhdittamiseksi. Tavoitteena oli parantaa maatalousvaltaisten alueiden vesien laatua ja ilmastonmuutoksen resilienssiä Itämeren valuma-alueella.
PERUSPARANNUKSET JA RAVINNETASE SUOMALAISESSA PELTOVILJELYSSÄ (PERA), 2017 – 2020
Pellon perusparannukset ovat sadontuottokyvyn perusta. Puutteellisen ojituksen vaikutukset voivat näkyä kasvukaudella liiallisen märkyyden aiheuttamina satotappioina ja sadonkorjuun onnistumisen vaarantumisena syksyllä pellon kantavuuden heikentyessä. Ongelmat pellon kuivatuksen tilassa aiheuttavat viljelijöille pahimmillaan alhaisia satoja vuodesta toiseen. PERA-hankkeessa selvitettiin erityisesti pellon kuivatuksen tilan vaikutuksia panostuottavuuden tasoihin ja ravinnetaseisiin peruslohkotasolla. Kuivatusinvestointien kannattavuutta tarkasteltiin viljelijän ja yhteiskunnan näkökulmista. Ravinnehuuhtoumariskiä arvioitiin lohkokohtaisen ravinnetaseen avulla, jota on tarkasteltu aiemmissa tutkimuksissa sekä typen että fosforin osalta, mutta ilman tietoa pellon kuivatuksen tilasta.
TOSKA JATKOHANKE (2017)
TOSKA Jatkohanke seurasi TOSKA-hankketta (loppuraportti, Salaojituksen tutkimusyhdistys ry:n tiedote 32). Osa tutkimuksesta oli suoraa jatkoa TOSKA-hankkeeseen (Nummelan koekentän ja Sievin koekentän mittaustutkimukset). Kokonaan uutta oli Sievin koekentän pohjavedenpinnan syvyysmittauksista tehty tilastollinen tarkastelu.
TOSKA-HANKE (2014-2016)
Hankkeessa selvitettiin salaojien eri ojavälien vaikutuksia satoon, maan rakenteeseen, pellon hydrologiaan ja ravinnehuuhtoutumiin. Lisäksi tutkittiin kaivavalla salaojakoneella ja aurasalaojakoneella tehtyjen salaojitusten, sekä eri ympärysaineilla tehtyjen salaojitusten toimivuutta. Hankkeessa laajennettiin Aalto-yliopistossa kehitettyä FLUSH-mallia.
PVO- JA PVO2 -HANKKEET (2006-2010, 2011-2013)
”Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi” (PVO, 2006-2010) – hankkeessa selvitettiin eri ympärysaineilla ja ojaväleillä toteutettujen salaojien toimivuutta sekä vaikutuksia satoon, vesistökuormitukseen ja maan rakenteeseen.
Hankkeen toinen vaihe, ”Salaojitustekniikat ja pellon vesitalouden optimointi” (PVO2), käsitti vuodet 2011–2013.
CATERMASS- HANKE (2010-2012)
CATERMASS (Climate Change Tools for Environmental Risk Mitigation of Acid Sulphate Soils).Hanke oli ympäristöprojekti, jonka tarkoituksena oli tutkia ja kehittää menetelmiä happamien sulfaattimaiden ympäristöriskien vähentämiseen sekä etsiä keinoja ilmastonmuutokseen sopeutumiseen.
SALAOJAKONEEN AUTOMAATTIOHJAUSHANKE
Salaojayhdistys ry:llä on Geotrim Oy:n kanssa menossa hanke, jonka tavoitteena on mahdollistaa 3d:nä tehtyä salaojasuunnitelman tuominen salaojakoneen automaattiohjausjärjestelmään sekä salaojituksen toteutuman vieminen suunnitelmaan. Hankkeessa on teetetty muunnosohjelma, joka muuttaa suunnitteluohjelman tuottaman formaatin koneen ohjausjärjestelmän tarvitsemaan muotoon sekä vastaavasti koneohjausjärjestelmän tuottaman toteutumatiedon suunnitteluohjelman tarvitsemaan muotoon. Ohjelma on testikäytössä ja se on vapaasti saatavissa Salaojayhdistykseltä. Kuvia testiojituksesta
WATERGATE – SÄÄTÖSALAOJAVENTTIILITUTKIMUS
Säätösalaojituksessa pohjavedenpintaa säädetään yleensä säätökaivoilla. Säätö voidaan tehdä myös automaattisilla Water Gate- salaojaventtiileillä. Water Gate- venttiilejä on mahdollista käyttää normaalien säätökaivojen kanssa ja niillä voidaan jopa korvata perinteiset säätökaivot. Salaojayhdistys on vuodesta 2012 tutkinut venttiilin toimivuutta Suomen oloissa yhteistyössä ProAgria Österbottenin (ÖSL) kanssa. Säätökaivoihin verrattuna venttiilien etuna ovat toiminnan automaattisuus ja maahan upotettava laitteisto, joka ei häiritse viljelytoimenpiteitä. Kuivalla jaksolla venttiilin padotuskyky loppui hieman aikaisemmin kuin säätökaivojen padotus olisi loppunut, millä ei kuitenkaan yleensä ole kovin suuri merkitys. Altakastelussa venttiilien voidaan olettaa toimivan yhtä hyvin kuin säätökaivojen, mikäli käytössä on riittävästi vettä pumpattavaksi järjestelmään. Venttiilien toimintaa seurataan vielä jatkossakin. Vielä ei ole tietoa siitä, miten ne kestävät maassa ja varsinkin koealueen happamassa maaperässä.
PRECIKEM – HANKE
PRECIKEM (Kemisk precisionsbehandling av sura sulfatjordar för att förhindra uppkomsten av syra) – hankkeessa kehitetään happamien sulfaattimaiden kemiallista täsmäkäsittelyä ja pyritään näin vähentämään haponmuodostusta maassa.