Yksi SOILGUARDin merkittävimmistä tutkimuskohteista keskittyy lisäämään tietämystämme ilmastostressitekijöiden (kuivuus ja helleaallot) yhteisvaikutuksesta maaperän biologiseen monimuotoisuuteen. SOILGUARDin tutkimille EU:n NUTS-2 -alueille asennetaan kentällä ilmastosimulaatioita. Koeasetelman avulla voimme arvioida tulevien aluekohtaisten ilmasto-olosuhteiden vaikutusta maaperän biologiseen monimuotoisuuteen ja monitoiminnallisuuteen sekä vertailla miten nämä vaikutukset eroavat toisistaan eri maaperänhoitotyyppien välillä (esim. tavanomainen ja luonnonmukainen hoito maatalousalueilla). Nämä tiedot yhdistetään koneoppimistyökaluihin, jotta voimme parantaa ennusteita maaperän hoidon vaikutuksista maaperän biologiseen monimuotoisuuteen ja ekosysteemipalvelujen tuottamiseen tulevissa ilmasto-olosuhteissa. Tämä on tärkeää voidaksemme osoittaa maaperän biologisen monimuotoisuuden mahdollisuudet luontoon perustuvana ratkaisuna.
UMH SOILGUARDin ryhmä otti näytteitä maaperästä kymmeneltä perinteisesti viljellyltä ja kymmeneltä luonnonmukaisesti viljellyltä viljalohkolta NUTS-2-alueella Murciassa, Espanjassa, LUCAS-maaperätietovaraston mukaisesti määriteltyjen kohteiden, maanomistajien lyhyiden haastattelujen ja kenttätarkastusten avulla. Maanäytteet lähetettiin SOILGUARD-kumppaneille eri puolille Eurooppaa analysoitavaksi, näytteistä mitattiin esimerkiksi mikroniveljalkaisten, kasvien ja mikrosienien määrä, yhteyttäminen, DNA:n monimuotoisuutta, rasvahappoja, orgaanisen aineksen pitoisuutta, mikrobibiomassan hiilipitoisuutta, maaperän perushengitystä ja eräitä entsymaattisia toimintoja sekä käytettävissä olevaa fosforia ja maan tiheys.
Viljelykauden 2022 aikana (kesä-elokuu) teimme kuivuuden aiheuttaman ilmastonmuutoksen simulaatioita kahdella vierekkäisellä lohkolla edellä mainituista 20 alueesta. Suurin ero niiden välillä oli viljelyssä (toinen oli luonnonmukainen ja toinen tavanomainen, eli käytetty maatalouskemikaaleja viimeisten 10 vuoden aikana). Simulointi tehtiin asentamalla pieniä kasvihuoneita, jotka on suunniteltu sateen mutta ei tuulen poissulkemiseksi ja siten pitämään sisällä sama lämpötila kuin ulkona. Simuloimme kuivuutta, jossa sadetta satoi 80 prosenttia vähemmän kolmen kuukauden kauden aikana, mutta jouduimme kuitenkin kastelemaan 18 l/m² suojista, koska kesä oli poikkeuksellisen kuuma ja kuivempi kuin käytetyssä ilmastonmuutosmallissa (RCP 4.5). Molemmissa tapauksissa sato kärsi vesipulasta, mikä näkyi sadon määrässä. Koska luonnonmukaiseen maatalouteen siirtyminen on tapahtunut näin varhaisessa vaiheessa, maaperä ei ole vielä riittävän kestävä kohtaamaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia, jotka ovat jo nyt tällä alueella.
Kaksi vierekkäistä ja samankaltaista (toinen luonnonmukainen, toinen tavanomainen) pitkäaikaista kenttäkoetta joissa verrattiin erilaisia maanmuokkausmenetelmiä. Vuoden 2022 SOILGUARD-ilmastosimulaatioissa keskityttiin simuloimaan maatalouskuivuutta, jonka odotetaan yleistyvän ilmastonmuutoksen vuoksi. Luonnonmukaisella lohkolla simuloinnit tehtiin pellolla, jonka maaperän rakenne oli hyvä ja jota hoidettiin muokkaamalla maaperä kevytmuokkauksella. Tavanomainen pelto kynnettiin.
Simulointi tehtiin asentamalla perunakasvustoon erityiset sadesuojat (jotka ovat ylhäältä avoimia ja aiheuttavat kuivuutta mutta estävät lämmön kertymisen) kolmen kuukauden ajaksi (touko-elokuu 2022). Sadanta suojien alla (eroosiotutkimuksissa yleisesti käytetyn sadesimulaattorin avulla) väheni noin puoleen suojaamattomien peltojen sademäärästä. Suojien alla satoi yhteensä noin 35 l/m². Avoimessa tilassa sademäärä oli simulointijakson aikana noin kaksinkertainen. Molemmissa tapauksissa viljelykasvit kärsivät veden puutteesta, mikä heijastui satoon. Näissä kuivissa olosuhteissa luomupellon sato oli huomattavasti suurempi kuin tavanomaisen pellon.
Keski-Jyllannin NUTS-2 -alueella, jolla vallitsee mannerilmasto, tehdään kuivuus- ja helleaaltosimulaatioita kahdella pellolla, joista toinen on tavanomainen ja toinen luonnonmukainen.
Kuivuus
Vuonna 2022 molemmilla pelloilla viljellään kevätohraa. Kolmen kuukauden kuivuusjakson luomiseksi kummallekin pellolle sijoitettiin kolme suojapaikkaa (3×5 metriä). Suojat poistettiin kahdesti tämän jakson aikana, jolloin lohkot saivat sadesumman 46 ja 39 mm sadetta tavanomaisilla ja luonnonmukaisilla pelloilla. Maaperänäytteet otettiin kuudelta 50 x 50 cm:n kokoiselta lohkolta kuivuusjakson jälkeen. Yksi koeala kummassakin suojassa ja kolme koealaa ulkona luonnollisissa olosuhteissa.
Maanäytteet lähetettiin eri SOILGUARD-kumppanilaitoksiin fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia analyysejä varten. Kuivuuskoe toistetaan vuonna 2023.
Helleaalto
Vuoden 2022 aikana Tanskassa tehtiin viisi helleaallon pilottikokeilua, joissa käytettiin suojiin asennettuja infrapuna- ja hiilikuitulämmittimiä. Lämpötila mitattiin maaperästä, maanpinnasta ja ilmasta lämmittimien alapuolelta sekä suojien vastakkaisesta päästä ja ulkoa.
Näiden pilottikokeiden perusteella on päätetty perustaa helleaaltosimulaatioita Latviaan, Irlantiin, Belgiaan, Unkariin ja Tanskaan vuonna 2023. Kuhunkin suojaan asennetaan 6 infrapunalämmitintä, ja kolmen kuukauden kuivuusjakson lopussa simuloidaan viiden päivän helleaalto.
Latviassa (NUTS-2 boreaalinen alue) kokeet järjestettiin luonnonmukaisilla ja tavanomaisilla pelloilla. Talvivehnää viljeltiin molemmissa järjestelmissä. Kummassakin viljelyjärjestelmässä kasveja kasvatettiin avoimella pellolla ja suojissa. Suojien alla kasvit kastellaan NOA:n kehittämän skenaarion mukaisesti.
Maaperänäytteet otettiin vehnän kukintavaiheessa, sadonkorjuun aikaan ja kuukauden kuluttua sadonkorjuusta, ja ne lähetettiin SOILGUARDin eri kumppanilaitoksiin fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia analyysejä varten. Kuivuus- ja helleaaltokokeita jatketaan vuonna 2023.
Unkarissa ensimmäisen koevuoden kokeessa 3-3 sekä luonnonmukaisen että tavanomaisen viljelyjärjestelmän lohkot peitettiin sadesuojilla sadeveden poistamiseksi kuivuusolosuhteiden simuloimiseksi. Suojien alta jaettiin kastelemalla vain ennustettu vesimäärä NOA:n tälle alueelle laskeman ilmastonmuutosskenaarion mukaisesti. Kontrolliksi näytteenottoa varten osoitettiin myös 3-3 luonnonmukaista ja tavanomaista viljelylohkoa suojattujen alueiden läheisyyteen.
Kokeen toisena vuonna kuivuuden simulointia täydennetään suojien alla olevilla infrapunalämmittimillä myös lämpöaaltojen simuloimiseksi. Jokaiselta koealalta otettiin näytteet, ja maanäytteiden analysointi ja tietojen arviointi on ollut käynnissä.
Keski-Suomessa sijaitseva koealue koostuu 50 m * 50 m suuruisista vierekkäin sijaitsevista tutkimuslohkoista ja joiden välissä on ajourat. Käsittelyissä verrataan kuusivaltaisissa metsiköissä poimintahakkuuta, alaharvennusta ja avohakkuuta. Koe aloitettiin vuonna 1986 (Laiho ym. 2011, Forestry 84: 547-556), ja näin ollen valtapuiden ikä jatkuvan kasvatuksen käsittelyssä on noin 40 vuotta (CCF40). Jatkuvaa kasvatusta verrataan tavanomaisen tasaikäisen metsätalouden eri vaiheisiin: alaharvennus (valtapuut 40 vuotta, T40), suojuspuuhakkuu (12 vuotta sitten, TSW12) ja avohakkuu (12 vuotta sitten, T12). Kuivuussimulaatiot tehdään kolmella toistoruudulla jokaisessa käsittelyssä ja niitä verrataan läheisiin vertailualueisiin.
Irlannissa ilmastosimulaatio toteutettiin kentällä laidunnetulla nurmella Teagasc Research Centre, Johnstown Castle, Co. Wexfordissa. Simulaatio toteutettiin Irlannin eteläisellä NUTS-2 -alueella, jolla on lauhkea valtameri-ilmasto, jossa on historiallisesti ollut runsaasti sateita ja jossa ei ole esiintynyt lämpötilan ääriarvoja. Alueella on kuitenkin viime vuosina koettu useita kuivuusjaksoja, joilla on ollut merkittävä vaikutus maatalouden tuottavuuteen.
Ymmärtääksemme miten maaperän biologinen monimuotoisuus ja toiminta reagoivat simuloituun kuivuuteen ja lämpöaaltoihin Irlannin maatalouslaitumilla, maaperänäytteitä kerättiin laidunnetuilta niityiltä, joilla oli joko nurmi-apila-niittyjä tai monilajisia niittyjä. Monilajiset niityt koostuivat L. perenne-, P. pratense-, T. repens-, T. pratense-, C. intybus- ja P. lanceolata -lajien sekoituksesta, jotka tuottavat suuria satoja pienemmillä lannoitepanoksilla ja joihin liittyy vähäisempiä ravinnehäviöitä ympäristöön.
Kullekin lohkolle perustettiin sadetettu vertailulohko sekä kuivuus- tai lämpöaaltokäsitelty lohko. Näytteenotto toistettiin ennen kuivuus-/lämpöaaltosimulaatiota, sen aikana ja sen jälkeen, jotta voitiin mitata ja seurata, miten maaperäyhteisöt reagoivat ilmastostressiin. Simulointikoe on edelleen käynnissä Irlannissa, ja toteutamme helleaaltostressin kesällä 2023.