Maaperäskannaus

Maaperäskannaus on maan ominaisuuksien mittaamista jatkuvasti liikkuvilla laitteilla (on-the-go) erilaisia antureita käyttäen ja paikkatietoon yhdistäen. Maaperäskannaus lisää tietoa lohkon sisäisestä vaihtelusta. Paikkakohtaisen maaperätiedon avulla voidaan kohdentaa viljelypanoksia sekä tarvittavia korjaavia toimia tarkemmin. Maaperän ominaisuudet ja kasvukunto määrittävät pitkälti pellolle soveltuvat viljelytekniikat ja käytettävät viljelypanokset.

Peltoviljelyssä on usein tavoitteena tuottaa optimaalinen sato. Viljelytoimenpiteet tehdään yleensä lohkotietojen perusteella, vaikka lohkot saattavat olla hyvinkin suuria. Viljellyillä pelloilla on aina jonkin verran alueellista vaihtelua satopotentiaalissa. Täsmäviljelyssä nämä ns. peltovyöhykkeet (management zones) otetaan huomioon ja viljelymenetelmät optimoidaan näille vyöhykkeille. Esimerkiksi lannoitteen levitystä voidaan säätää vaihtelevalla nopeudella peltovyöhykkeiden mukaan. Tällä tavoin alueet, joilla on suurempi potentiaali, saavat enemmän lannoitteita ja päinvastoin, mikä johtaa korkeampaan keskimääräiseen satoon pellolla.

Maaperäskannerit ovat laitteita, jotka mittaavat reaaliajassa joitain maaperän ominaisuuksia, jotka ovat yhteydessä kasvien kasvuun. Skannauksessa voidaan käyttää usean anturin yhdistelmää (anturifuusio) lisäämään tulosten tarkkuutta ja luotettavuutta, koska erilaiset anturit korreloivat eri tavoin maan eri ominaisuuksiin. Mittalaitteet kytketään traktoriin, muuhun ajoneuvoon tai työkoneeseen, jolla pelto voidaan kartoittaa halutulla tarkkuudella.

Tekniikka

Yleisimpiä mitattuja maaperän ominaisuuksia ovat sähkönjohtavuus (EC), orgaaninen aine (OM), happamuus (pH), kosteus ja lämpötila. Näitä ominaisuuksia voidaan mitata useilla eri tavoilla, mutta ne perustuvat yleensä samoihin periaatteisiin.

Sähkönjohtavuutta voidaan mitata sähkövastuksen eli resistanssin avulla (ER) tai sähkömagneettisella induktiolla (EMI).  Resistanssin mittaamisessa tarvitaan maahan kosketuksessa olevat elektrodit. Esimerkiksi Veris technologies iScan+ käyttää sekä kiekkoja että maahan tunkeutuvia liukukenkiä maaperän kosketukseen (artikkelikuva sekä video alla). Sähkönjohtavuus korreloi voimakkaasti maaperän savipitoisuuden kanssa, joten sitä voidaan käyttää indikaattorina maaperän tyypille.

Maaperän orgaaninen aines koostuu orgaanisista komponenteista, kuten maaperän kasvijäämistä, ja sillä on merkittävä vaikutus maaperän ominaisuuksiin esimerkiksi veden käyttäytymiseen maaperässä. Orgaaninen aines vaikuttaa myös voimakkaasti ravinteiden imeytymiseen ja käyttäytymiseen kokonaisuutena, samalla kun se kuvastaa myös maaperän rakennetta. Orgaanisella aineella on korkea heijastavuus lähi-infrapunavaloon, joka voidaan havaita NIR-anturilla. Maaperään lähetetään optisilla antureilla valoa näkyvän ja lähi-infrapunavalon (V-NIR) aallonpituuksilla, ja valon takaisin heijastumisen perusteella voidaan tehdä päätelmiä maan ominaisuuksista.

Maaperän pH kuvaa maan happamuutta, joka vaikuttaa maaperän prosesseihin ja ravinteiden saatavuuteen kasveilla, jotka taas vaikuttavat sadon määrään. Maaperän pH voidaan mitata kahdella elektrodilla, jotka mittaavat maaperässä syntyvän jännitteen. Esimerkiksi Veris MSP3:ssa laite ottaa maaperänäytteen kartion avulla ja mittaus tapahtuu sitten elektrodeilla. Sen jälkeen kartio pestään, jonka jälkeen voidaan ottaa uusi näyte. Maaperän pH-mittaukset tehdään tyypillisesti 10–25 kertaa hehtaarilta.

Reaaliaikaisissa mittauksissa kosteuden tunnistamiseen käytetään sähkönjohtavuutta. Muut maaperän ominaisuudet vaikuttavat maaperän kosteuteen, esimerkiksi savimaalla on hyvin erilainen vedenkäyttäytyminen kuin hiesumaalla. Maavesi vaikuttaa myös muihin maaperän ominaisuuksiin, kuten sähkönjohtavuuteen. Siksi samanaikaiset sähkönjohtavuus ja maaperän kosteusmittaukset ovat hyödyllisiä, koska silloin kosteuden vaikutus johtavuuteen voidaan normalisoida.

Gammasäteilyyn perustuvassa maaperäskannauksessa hyödynnetään maaperässä luontaisesti esiintyvää radioaktiivisuutta. Gammasäteily on hyvin lyhyttaajuista sähkömagneettista liikettä (vs. hiukkassäteily). Sitä muodostuu pääasiassa kaliumin, toriumin ja uraanin isotooppien hajotessa. Lisäksi mittauksissa voidaan hyödyntää ihmisen toiminnasta peräisin olevan cesiumin gammasäteilyä. Suurin osa gammasäteilystä on peräisin maan pintaosista, alle 30 cm syvyydeltä. Menetelmä perustuu eri maalajitteiden tunnusomaisiin radioaktiivisiin spektreihin, joilla on yhteys muun muassa maan savipitoisuuteen. Menetelmää peltomaan skannaamisessa käyttää SoilOptix.

Tulosten tulkinta

Koska antureilla saatava tieto maan ominaisuuksista on epäsuoraa, tulosten tulkinta edellyttää paljon analysointia. Tulokset on kalibroitava tutkittavalle lohkolle eli niitä verrataan lohkolta otettaviin maanäytteisiin (referenssinäytteet), jotka tutkitaan laboratoriossa. Maaperäkartoitusta voidaan toisaalta käyttää myös lohkoa parhaiten edustavien näytteenottopaikkojen tai muille antureille sopivien paikkojen määrittämiseen.  Näytteet voidaan ottaa kartoituksen yhteydessä, jos ajoneuvo on varustettu näytteenottolaitteella.

Maaperäskannauksella voidaan tunnistaa maan kasvukunnon vaihtelun juurisyitä. Se ei korvaa maanäytteitä, eikä maaperän havainnointia paikan päällä, ja esimerkiksi kuoppatesti on tärkeä täydentävä toimenpide. Maan kasvukunto muodostuu fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien lisäksi maan biologisesta aktiivisuudesta.

Lisätietoa

Knaapi, J. 2021. Opettele tuntemaan peltosi paremmin – näin saat tietoa pellon pinnan alta. Koneviesti 1/2021.

Ristolainen, A., Hänninen, P & Alakukku, L. 2010. Peltomaiden kartoitus geofysiikan mittalaitteilla, Suomen maataloustieteellisen seuran tiedote nro 26

Kirjoittajat:

Reetta Palva, tutkija, TTS Työtehoseura

Antti Lajunen, apulaisprofessori, Helsingin yliopisto, Maatalousteknologia