Mitigating Agricultural Phosphorus Leaching : The Effect of Timing in Grass Harvesting in Mitigating Wintertime Phosphorus Leaching

Abstract

The purpose of this thesis was to study how much the above-ground grass biomass, harvested at different times during the growing season, contains phosphorus at the end of the growing season, and how much of it is leached after freezing and thawing. The study aims to give information about the ideal time for grass harvesting in order to mitigate the wintertime phosphorus leaching.

The grass biomass was harvested from managed uncultivated arable field at MTT Agrifood Research Centre experimental site in Jokioinen, Finland. The grass biomass was taken from an area of 0.25 m2 on 26 September 2011. The first growth of each experiment was harvested as follows: June (22 June), July (5 July) and August (1 August). The grass biomass contained grass, legumes and weed. Four freeze−thaw cycles were conducted for a 10 grams sample (fresh weight) in laboratory conditions. In every cycle the thawed grass biomass was leached with deionised water (400 ml). The water samples were analyzed for dissolved reactive phosphorus and total phosphorus. The dried grass biomass was analyzed for the phosphorus concentration.

The grass biomass that had grown after the harvest in June had the highest phosphorus content at the end of the growing season (628−871 mg m-2). The grass biomass harvested in July had the least phosphorus (380−538 mg m-2). The grass biomass harvested in August had phosphorus content 436−601 mg m-2 at the end of the growing season. Also the dry matter yield was to a similar extent, being the highest in June harvested grass biomass (255−341 g m-2 dry matter). The highest dissolved reactive phosphorus and total phosphorus concentrations were in the water samples from the youngest grass biomass harvested in August. However, it did not effect on the total phosphorus leaching as the dry matter yield was rather low. Also the difference in the phosphorus concentration of the water samples of different harvesting times was negligible. The water sample results showed that 90% of the total phosphorus of the grass biomass was leached after the second freeze−thaw cycle.

According to the results it is recommended to harvest the grass biomass later during the growing season. Also it is recommended to collect the swath in order to mitigate the leaching of dissolved reactive phosphorus. The current harvesting time instructions for managed uncultivated fields are therefore suitable (latest 31 August and for buffer zones harvest after 1 August). It is though important not to damage the soil structure when harvesting later in autumn.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, kuinka paljon eri aikaan niitettyjen nurmien kasvustoissa oli kasvukauden päättyessä fosforia, ja paljonko kasvustoista huuhtoutui fosforia jäätymisen ja sulamisen seurauksena. Tavoitteena oli löytää optimaalinen niittoajankohta nurmikasvustoille talviaikaisen fosforihuuhtouman vähentämiseksi.

Nurminäytteet kerättiin Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen hoidetun viljelemättömän pellon koekentältä Jokioisilla. Näytteet otettiin 0,25 m2:n alalta kasvukauden lopussa 26.9.2011. Koejäsenet oli niitetty kerran aikaisemmin kasvukaudella joko kesäkuussa (22.6.), heinäkuussa (5.7.) tai elokuussa (1.8.). Tutkittava nurmibiomassa koostui heinistä, palkokasveista ja rikkakasveista. Näytteistä otettiin 10 gramman (tuorepaino) otos jäätymis-sulamiskoetta varten. Laboratorio-olosuhteissa toteutettiin neljä viikonmittaista jäätymis-sulamissykliä. Joka syklissä sulatettua nurmibiomassaa huuh-deltiin deionisoidulla vedellä (400 ml). Vesinäytteistä analysoitiin kokonaisfosfori ja liukoinen fosfori. Kuivatusta kasviaineksesta määritettiin kuiva-aine- ja kokonaisfosfo-ripitoisuudet.

Kesäkuussa niitetyssä biomassassa oli kasvukauden päätyttyä eniten fosforia (628−871 mg m-2) ja heinäkuussa niitetyssä kasvustossa vähiten (380−538 mg m-2). Elokuussa niitetyssä kasvustossa oli fosforia 436−601 mg m-2. Myös kuiva-ainesato oli suurin kesäkuussa niitetyssä kasvustossa (255−341 g m-2 kuiva-ainetta). Vaikka suurimmat fosforipitoisuudet huljutteluvesissä oli nuoressa elokuussa niitetyssä kasvustossa, se ei ollut niin merkittävää kokonaisfosforihuuhtouman kannalta, koska biomassasato oli vielä vähäinen nuoressa kasvustossa. Erot vesinäytteiden fosforipitoisuuksissa olivat pienet. Huljutteluvesitulosten mukaan jo toisen jäätymis- ja sulamiskerran jälkeen kasvin kokonaisfosforimäärästä oli poistunut lähes 90 %.

Tulosten perusteella voidaan todeta, että myöhäinen niittoajankohta kesällä on suositeltava ja niittojätteen kerääminen pellolta vähentää talvella liukoisen fosforin huuhtoumaa. Nykyiset niittoajankohtasuositukset hoidetuille viljelemättömille pelloille ovat hyviä (luonnonhoitopelloilla viimeistään 31.8., suojakaistavyöhykkeillä aikaisintaan 1.8.). Syksyllä niitettäessä on huomioitava, ettei märkää maata tiivistetä raskailla niittokoneilla.