ILMASTA TYPPEÄ!

apilat - sinimailanen - vuohenherne - keltamaite - herne - virnat - härkäpapu - lupiinit

Typpiympit

- valikoima & hinnat

- usein kysyttyä

  Tietopaketit:

- mitä ymppäys on?

- typensidonta lyhyesti 

- palkokasvinurmista

- viherlannoituksesta

Rikkakoneet
Ryömijä
Luomusiemenet
Muut tuotteet & palvelut
Tietoa yrityksestä
 

Elomestari Oy
Koskitie 185
95520 Kukkola (Tornio)

P. 016-472 000
Fax 016-472 001

petri.leinonen<a> elomestari.fi

Palkokasvien typensidonta toimii aurinkoenergialla!

Palkokasveilla on ainutlaatuinen kyky symbioosiin typpeä sitovien Rhizobium-bakteerien kanssa.

Kasveihin juurinystyröitä muodostavat bakteerit pystyvät käyttämään ilmakehän typpeä (N₂) ja siirtämään sitä kasvin käyttöön.

Typensidonnassa kasvi tarjoaa energiaa (yhteyttämisen tuloksena syntyneitä sokereita) bakteerille, joka puolestaan tarjoaa ylijäävän typen kasvin valkuaisaineiden rakentamiseen.

MITÄ ON BIOLOGINEN TYPENSIDONTA?

(pitkä versio)

Typpi on kasvinravinteista kaikkein monimuotoisin ja sen vuoksi vaikein hallita. Typpeä saadaan maaekosysteemeihin biologisen typensidonnan, sähkönpurkausten (salamat), teollisen typensidonnan (lannoitteet) sekä ammoniakin laskeutumisen myötä. Hävikkejä puolestaan aiheuttavat ammoniakin haihtuminen, nitraatin huuhtoutuminen sekä denitrifikaatio.

Menestyksellisen luomuviljelyn näkökulmasta tavoitteena on minimoida hävikit ja optimoida biologinen typensidonta.

Typensidonnan eri muodot

Typensidontaan kykenevät ainoastaan valitut bakteerit. Niillä on aiheenvaihduntakoneistossaan nitrogenaasi-entsyymi, joka aineenvaihduntaenergian avulla kykenee pelkistämään ilmakehän typpikaasua (N₂) valkuaisaineenvaihduntaan sopivalle tasolle (NH₃). Tämä prosessi vaatii runsaasti energiaa: teollinen typensidonta kuluttaa noin 1.5 kg öljyä vastaavan määrän energiaa yhden typpilannoitekilon valmistamiseen. Typpilannoitteet ovatkin suurin yksittäinen suomalaisen peltoviljelyn energiankuluttaja.


N₂ + 12 H₂O --> 2 NH₄⁺ + 4 H⁺ (yksinkertaistettuna)

Parhaiten typensidonta toimii, jos typpeä sitovilla bakteereilla on käytössään joku ulkoinen energianlähde. Palkokasvien symbionttisessa typensidonnassa juurinystyröitä muodostavan Rhizobium-bakteerin isäntäkasvi ruokkii nystyröissä elävää bakteeria yhteyttämistuotteillaan. Palkokasvien typensidonta toimii siis aurinkoenergialla. Symbionttisen typensidonnan määrä vaihtelee kasvilajista ja satotasoista riippuen vaihtelee käytännössä noin 40-200 kg N/ha välillä.

Osa kasvien juurten pinnalla elävistä bakteereista kykenee typensidontaan. Juurten pinnalla tai välittömässä läheisyydessä (ritsosfäärissä) kasvien juurieritteet toimivat ylimääräisenä energianlähteenä, jolloin typensidonta juuristossa saattaa olla vuodessa jopa 5-10 kg N/ha.

Vapaasti elävien bakteerien typensidontaa rajoittaa energian puute. Maassa suurin osa bakteereista elää muutenkin "nälkärajalla", jolloin ylimääräistä energiaa ei juuri ole tarjolla. Vapaasti elävien bakteerien typensidonnaksi onkin arvioitu enimmillään muutama kg/ha vuodessa. Joissain erikoisympäristöissä, esimerkiksi kompostissa, typensidonta voi olla aktiivisempaa, mutta ilmiö on heikosti kvantifioitu.

Muutamilla lämpimän ilmanalan kasveilla on kuvattu kasvien johtosolukoissa tai soluväleissä eläviä ns. endofyyttisiä typensidontaan kykeneviä bakteereita. Nämä pystyvät erittäin merkittävään typensidontaan, esimerkiksi sokeriruo'on johtosolukoissa elävän Acetobacter-sukuisten bakteerien on laskettu sitovan jopa 60-80 kg N/ha vuodessa. Meikäläisten viljelykasvien ei tiedetä omaavan tämäntyyppistä typensidontaa.

Symbionttinen typensidonta

Palkokasvien typensidontakyky on meikäläisessä intensiivisessä peltoviljelyssä ainoa typensidonnan muoto, jolla on merkitystä kasvinviljelyssä. Menemättä itse ilmiön biokemiaan, prosessissa isäntäkasvi ruokkii juurinystyräsolukossa eläviä typensitojabakteereita yhteyttämistuotteena syntyvillä sokereilla. Bakteerin sitomaa typpeä puolestaan vuotaa bakteerisolukosta ulos ja käytetään isäntäkasvin aminohapposynteesissä.
Typpibakteerit ovat hyvin isäntäspesifisiä: kunkin kasvilajin nystyröintiin kykenevät bakteerit eivät juuri nystyröi vierasta kasvilajia (muutamin poikkeuksin). Kasvin juuren kasvaessa, sen läheisyydessä olevat bakteerit aktivoituvat kasvin juurieritteistä. Bakteerit puolestaan lähettävät omia signaalimolekyylejään, jolloin juuri vastaavasti aktivoituu. Osa bakteereista tarttuu juuren pintaan, jolloin kasvin juurikarva kihartuu bakteerin ympärille. Bakteeri tunkeutuu kasvin soluseinän läpi, kasvaa aina juurten pintakerroksen solukoihin, lisääntyessään muuntuu suurikokoiseksi ja monihaaraiseksi, typensidontaan kykeneväksi bakteroidiksi. Vapaasti eläessään Rhizobium-suvun bakteerit eivät sido typpeä.

Toimivan symbioosin merkkinä on nystyröiden punainen väri, joka tulee nitrogenaasi-entsyymin keskusatomina olevasta leghemoglobiini-molekyylistä. Harmaa tai vihreä nystyrä ei sido typpeä. Syinä voivat olla tehoton bakteeri, nystyrän ikä (jo kuolemassa) tai epäsuotuisat ympäristöolot (esim. kuivuus), jolloin kasvi ei kykene "ruokkimaan" typensidontaprosessia.

Suomessa merkittävät typpibakteerilajit

Rhizobium leguminosarum biovar. trifolii apilat
Rhizobium leguminosarum biovar. viciae herne, virnat, härkäpapu
Rhizobium leguminosarum biovar. phaseoli pensaspapu (myös R. tropici)
Sinorhizobium meliloti mailaset, mesikät
Rhizobium galegae vuohenherne
Bradyrhizobium japonicum lupiinit
Rhizobium loti keltamaite

Käytännössä herneen ja apiloiden typpibakteereita on lähes kaikilla pelloilla, mutta muiden lajien esiintyminen on sattumanvaraista.

Tehokkaaseen typensidontaan kykeneviä bakteereita voidaan siirrostaa juuristovyöhykkeelle ymppäämällä, eli peittaamalla kylvettävä siemen tehokkaiksi typensitojiksi tunnetuilla Rhizobium-bakteereilla. Ymppääminen on tarpeen, mikäli on syytä epäillä, ettei maan luontainen typpibakteeripopulaatio riitä tehokkaaseen typensidontaan. Tällaisia tapauksia voivat olla ko. kasvin viljely ensimmäistä kertaa ko. lohkolla (erityisesti eksoottiset uudet lajit), peltomaan happamuus (typpibakteerit eivät viihdy happamissa oloissa) sekä vastikään raivatut pellot. Mikäli maan pH on riittävän korkea (yli 5.7) ja samaa isäntäkasvia viljellään säännöllisesti kyseisellä lohkolla, ei ymppäämisellä myöhemmillä viljelykierroilla luultavasti saavuteta sadonlisäystä.

Miten maksimoida typensidonta?

Käytännön viljelyssä typensidonta maksimoidaan vihersatoa kasvattamalla. Edellä luetun perusteella on helposti ymmärrettävissä, että typensidonta on tiukasti sidoksissa kasvin kasvuun.

Herneen typensidonta on voimakkaimmillaan kukinnan loppuvaiheessa ja palkojen täyttyessä. Kun herneet alkavat tuleentua, lakkaa typensidonta lähes täysin: kasvi ainoastaan siirtää jo varsissa ja lehdissä olevaa typpeä siemeniin. Siksi nykyaikaisten, puolilehdettömien ja kukinta-ajaltaan lyhyiden herneiden typensidontapotentiaali on huomattavasti vähäisempi kuin vanhojen, päätteettömien lajikkeiden. (viljelyn tekninen onnistuminen on sitten jo toinen juttu...).

Apilan typensidonta on voimakkainta kiivaimman kasvun aikana. Typensidonta onkin (ilman lannoitusta) sidoksissa kasvuun; maksimisadon takaava niittostrategia takaa myös maksimaalisen typpisadon.

Rehuvirnan typensidonta heikkenee loppukesällä, kun se aidosti yksivuotisena kasvina pyrkii tuleennuttamaan siemeniään. Lajike-erot ovat suuret: osa virnalajikkeista on jalostettu siementuotantoa silmälläpitäen, mikä väistämättä heikentää typensidontapotentiaalia. Sopivilla niitoilla vegetatiivista kasvua voi jatkaa, jolloin typensidonta vastaavasti lisääntyy.

Ruisvirna kevätkylvöisenä ei pyri tuleennuttamaan siemeniään, jolloin vegetatiivinen kasvu ja sitä myötä typensidonta jatkuu myöhään syksyyn.

Seosviljelyn vaikutus typensidontaan on kahtalainen: mikäli seoskasvi ei merkittävästi vaikuta palkokasvin kasvuun, lisääntyy typensidonta. Muiden kasvien typen ottokyky maanesteestä on yleensä suurempi kuin palkokasvien, jolloin ne imuroivat maasta liukoisen typen pakottaen palkokasvin "töihin". Toisaalta palkokasvit, erityisesti herne, eivät ole kovin hyviä kilpailijoita seoskasvustoissa. Seoskasvi aiheuttaa helposti palkokasvisadon merkittävänkin pienentymisen, mikä vastaavasti laskee typensidonnan määrää.

Typensidonnan määrän mittaaminen (arviointi)

Typensidonnan kvantifiointi on jatkuvan tieteellisen tutkimuksen ja keskustelun kohteena. Palkokasvit kykenevät myös maan liukoisen typen ottoon juurillaan muiden kasvien tavoin. Typensidonnan energiavaatimuksista johtuen ne itse asiassa mieluummin ottavat maan liukoista typpeä kuin käyttävät energiaa sen sitomiseen ilmakehästä. Toisaalta kasvin sitomaa typpeä tarvitaan myös juuriston kasvattamiseen ja juurieritykseen. Lisäksi kasvin juuristo uusiutuu koko ajan, jolloin typpeä tavallaan "häviää" kuolleiden kasvinosien mukana. Pelkkä kasvuston typpimäärän mittaaminen ei siis riitä.

Ensimmäiset typensidonta-arviot tehtiin ns. verrannemenetelmällä. Siinä palkokasviruudun vieressä viljellään jotain typpeä sitomatonta ei-palkokasvia. Tällöin typensidonta-arvio on yksinkertaisesti

BTS = Biologinen TypenSidonta

BTS = palkokasvin typpi - verrannekasvin typpi

Menetelmän ongelmana on sopivan verrannekasvin löytäminen. Sen täytyisi olla kasvurytmiltään, ravinteiden otoltaan, juuriston syvyydeltään ja muiltakin ominaisuuksiltaan mahdollisimman paljon tutkittavan palkokasvin kaltainen: käytännössä täydellistä verrannekasvia ei juuri ole.

70-80 -luvun vaihteessa pidettiin ns. asetyleeninpelkistysmenetelmää lupaavana. Siinä kasvin juuristovyöhykkeelle sijoitetaan asetyleeni-kaasua, jota nitrogenaasi kykenee pelkistämään eteeniksi. Menetelmä soveltuu hyvin hetkittäisen typensidonta-aktiivisuuden tutkimiseen, mutta ei typensidontamäärän kvantifiointiin.

Typen raskasta isotooppia ¹⁵N voidaan hyödyntää sidotun typen määrän tutkimisessa. Lisäämällä maahan pieni määrä ¹⁵N-rikastettua typpilannoitetta voidaan massaspektrometrillä analysoida, kuinka suuri osa kasvin ottamasta typestä on peräisin maasta (lannoitteesta), mikä tulee typensidonnan myötä ilmakehästä. Osa verrannemenetelmän ongelmista voidaan tällä voittaa, mutta pieni typpilannoitus sinänsä puolestaan aiheuttaa ongelmia tulosten tulkinnassa.

Typensidontaprosessissa nitrogenaasi-entsyymi lievästi hylkii em. typen raskasta isotooppia ¹⁵N. Tämä ero tuntemalla voidaan kalliilla analyyseillä arvioida kasvissa olevasta typestä ilmakehästä sidottu osuus (natural abundance). Menetelmää pidetään tällä hetkellä parhaana (biologisesti): ongelmia ovat vain menetelmän monet oletukset ja kallis analytiikka. Se on kuitenkin ainoa, jolla itse viljelysysteemiä manipuloimatta voidaan sidotun typen osuutta arvioida.

Malli typensidonnan arvioimiseksi

Jaana Väisänen on kahden kesän aikana tutkinut apila-heinä -seosnurmien typensidonnan määrää maatila- ja tutkimusasemaoloissa. Jotta typensidonta voitaisiin laskea, on tiedettävä tai arvioitava muutamia asioita.

Kaikesta apilan sisältämästä typestä keskimäärin 70 % on typensidonnan tulosta (Ndfa), (vaihteluväli 50-90 %), loput 30 % apilan typestä on seosnurmessakin otettu maasta.

Apilan typpipitoisuus saattaa vaihdella 2.8-3.6 % välillä, keskiarvona voidaan rehunurmissa käyttää 3.3 % typpipitoisuutta.

Apilan tuoresato sisältää n. 15 - 20 % kuiva-ainetta.

Juuristoon ja sänkeen jää huomattava osa apilan kokonaiskasvusta. Keskimäärin vain 60 % kokonaiskasvusta korjataan sadossa, loput 40 % jää juuriston ja sängen myötä peltoon. Mikäli apilasato tunnetaan, on kokonaistypensidonta-arviota varten satomäärä kerrottava luvulla 1.7.

Näin ollen typensidonnan määrää voidaan arvioida kaavalla

1,7 * 0,033 * 0,70 * 0,175 * apilan sato

Arvion paikkansapitävyys riippuu lähtötietojen tarkkuudesta. Kuiva-ainesadon määrä on helpommin määritettävissä. Usein sadon apilapitoisuus yliarvioidaan, jos arvio tehdään silmävaraisesti pellon reunasta. Typpipitoisuus voi vaihdella, mutta analyysi sinänsä on helppo. Sidotun typen osuus kokonaistypestä voi myös vaihdella: typpipitoisessa tai voimakkaasti lannoitetussa maassa osuus jää alhaisemmaksi, toisaalta hyvä heinäkasvusto voi nostaa typensidonnan osuutta. Juuriston tarkka määritys on käytännössä lähes mahdotonta, sillä juuristo uusiutuu kasvukaudella koko ajan, lisäksi mittaus yksinkertaisuudestaan huolimatta on äärettömän työläs.