Development of sustainable practices for using lake sediment as growing medium for grass production | Järvisedimentin kestävän käyttötavan kehittäminen nurmen tuotannon kasvualustaksi

Maataloudesta peräisin olevien ravinteiden kertyminen vesistöjen pohjasedimenttiin on merkittävä syy vesiekosysteemien rehevöitymiseen. Sedimenttiä poistamalla saadaan tehokkaasti vähennettyä järvien sisäistä ravinnekuormaa ja edesautettua vesistön kuntoutumista. Kierrättämällä ravinteet takaisin kasvintuotantoon, voidaan vähentää mineraalilannoitteiden tarvetta ja neitseellisten materiaalien käyttöön liittyvää ympäristökuormitusta. Tietoa kuitenkin kaivataan parhaista sedimentin käyttötavoista peltomittakaavassa, jotka mahdollistaisivat tehokkaan ravinteiden hyödynnyksen ja minimoisi huuhtoutumisen takaisin vesistöön. Tutkielmassa kokeiltiin korkeafosforista järvisedimenttiä nurmikasvien kasvualustana peltoolosuhteissa Virossa. Kasvien kasvua, ravinteiden ottoa, maaperän ravinnetilaa sekä rikkaruohojen runsautta ja lajikoostumusta analysoitiin neljän kasvukauden ajan neljässä kerranteessa. Sedimenttiä käytettiin sellaisenaan (Sed) sekä siten, että sen pintakerrokseen lisättiin biohiiltä joko pelkästään (Sed+BC) tai seoksena peltomaan kanssa (Sed+Soil+BC). Verrokkina toimi niukkafosforinen pellon pintamaa-aines (Soil). Sedimenttikäsittelyjen satotaso oli keskimäärin parempi verrattuna paikallisiin keskivertosatoihin, ja typen- sekä fosforin poistumat maanpäällisen biomassan mukana olivat suurempia kuin keskimäärin kansainvälisesti nurmilla havaitut tasot. Sedimentti kasvualustana ei merkittävästi lisännyt tai heikentänyt maanpäällisessä biomassassa mitattua satoa verrattuna kontrolliin. Sedimentti ei myöskään vaikuttanut rikkaruohojen kokonaismäärään, mutta rikkalajistossa havaittiin sekä ohimeneviä muutoksia että mahdollisesti pidemmällä aikavälillä havaittavaksi tulevia muutoksia monivuotisten rikkakasvien, tarkemmin isonokkosen runsastumisen suhteen. Kaikki sedimenttikäsittelyt toimivat runsaana fosforin lähteenä kasveille neljän vuoden ajan. Liukoisen fosforin määrä sedimentissä oli korkeampi kuin peltomaassa, mutta kasvien fosforipitoisuudessa erot olivat vähäisemmät. Biohiilen vaikutus havaittiin lähinnä kohonneessa liukoisen kaliumin saatavuudessa etenkin kokeen alussa. Sadon lisäystä olisi voitu odottaa sekä sedimentin että kasvisolukon hyvän fosfori- rikki- kalsium- ja kaliumpitoisuuksien perusteella, mutta eroja kontrolliin vähensi kontrollimaan pääosin riittävä ravinnetila. Sedimentin peltolevitystä voisi korkean ravinnesaatavuuden vuoksi ja ravinteiden ylimäärän välttämiseksi suositella jatkossa kokeiltavaksi laajemmalle peltoalueelle, kasvikohtaisesti tarkistetun typpilannoituksen kanssa.

Anthropogenic activities have resulted in huge accumulation of plant nutrients in lake sediments. These nutrients can be recycled back to the overlying water and sustain eutrophication. The release of phosphorus (P) from sediments, i.e. internal P loading, has often been a reason for delay in improvement of lake water quality, after reduced external nutrient loading. By removing the sediment, the internal lake nutrient load can be effectively reduced, and it is widely used in lake water quality restoration. By redirecting the reclaimed nutrients back to primary agricultural production, the need for using mineral fertilizers and virgin materials can be reduced. Currently there is, however, a lack of field-scale experiments and determination of best practices to enable efficient nutrient uptake and minimized nutrient leaching back into the lakes. A field experiment was conducted to study the effects of using P-rich lake sediment in different application methods for growing a mixture of forage grasses. The study focused on soil fertility, plant growth and nutrition, and species composition over a period of four growing seasons in central Estonia. Treatments for reducing nutrient losses included applying the sediment alone (Sed), with surface-incorporated biochar (Sed+BC), and as incorporated with surface-mixed biochar-topsoil mixture (Sed+Soil+BC). A treatment consisting of sandy loam topsoil was set up as control (Soil). The mean dry mass yield in the sediment treatments exceeded the local average grass yields and the N and P uptake rates in above-ground biomass (AGB) exceeded the international estimates for grasses. The sediment had no significant effect on AGB yield in comparison to the control. Similarly, no effect was observed in the yield of weeds, but temporary changes in weed species composition and an increasing trend particularly in nettle abundance on the sediment treatments were recorded. Apart from a transient increase in the amount of soluble potassium, no relevant effects were induced by the incorporated biochar. In conclusion, the sediment performed well and served as a plentiful source of P for grasses for four years. Based on the sufficient concentrations of P, sulphur, calcium and potassium in the plant tissue, yield increase could have been expected but most likely the good fertility of the control topsoil evened out yield differences between growing medium treatments. Based on this study, similar lake sediments can be advised to be used as soil amendments on grass cultivation on an agricultural field. Due to high nutrient concentrations, a lower rate could be applied on a wider field area to control excess in nutrient supply, given that the need of nitrogen fertilization is ensured to match plant-specific requirements.