Viljeltyjen turvemaiden hydrologia Norjassa

Turvemaat kattavat vain noin kolme prosenttia maapallon maa-alasta, mutta ne varastoivat jopa 30 prosenttia maaperän hiilestä maailmanlaajuisesti. Mineraalimaiden rajallisen saatavuuden vuoksi erityisesti pohjoisilla alueilla turvemaita on kuivattu maatalouskäyttöön, metsätalouteen, turpeen tuotantoon ja laidunmaiksi. Kuivatus parantaa kasvien kasvua alentamalla pohjaveden pintaa, mutta samalla siitä aiheutuu merkittäviä ympäristövaikutuksia, kuten kasvihuonekaasupäästöjen lisääntymistä, ravinteiden huuhtoutumista ja maan painumista turpeen hajotessa.

Norjan maatalouskäytössä olevien turvemaiden hydrologiaa tunnetaan vielä puutteellisesti. Tämän tietovajeen täyttämiseksi väitöskirjassa tutkittiin pohjaveden dynamiikkaa, maaperän kosteutta, hydraulisia ominaisuuksia sekä nurmisatoa turvemailla, joissa on käytetty erilaisia kuivatusmenetelmiä. Näihin kuuluvat turpeen inversio (pintamaan kääntäminen), pintaprofilointi sekä salaojitus.

Tutkimus tarjoaa ensimmäisen kattavan analyysin inversio turvemaiden hydrologiasta. Kyseessä on Norjassa käytetty erityinen kuivatusmenetelmä, jossa mineraalimaa kaivetaan turpeen alta ja levitetään sen päälle suojakerrokseksi vähentämään turpeen hajoamista. Lisäksi työ on ensimmäinen, jossa tämän kuivatuksen toimivuutta arvioidaan systemaattisesti pohjoisissa olosuhteissa.

Pohjaveden pinnan vaihtelua mitattiin jatkuvatoimisilla kenttäantureilla neljällä maatalouskäytössä olevalla turvealueella, jotka sijaitsivat erilaisissa ilmasto-olosuhteissa rannikon kosteista ja leudoista alueista kuiviin ja kylmiin sisämaan alueisiin. Tutkimuksessa analysoitiin myös turve- ja mineraalimaakerrosten hydraulisia ominaisuuksia laboratoriomittauksin.
Tulosten mukaan inverstiomailla pohjaveden pinta oli matalammalla kuin tasatuilla tai salaojitettujen peltojen kohdalla. Runsassateisella alueella (yli 2000 mm vuodessa) inversiomaat tuottivat myös suuremman nurmisadon kuin viereiset putkiojitettavat pellot.

Tutkimus osoitti lisäksi, että inversiomaiden mineraalinen pintakerros lisää roudan syvyyttä ja kestoa verrattuna muihin kuivatusmenetelmiin. Kuivatusratkaisujen suunnittelussa havaittiin myös selviä eroja ilmastovyöhykkeiden välillä: mannerilmastossa järjestelmien tulee kyetä käsittelemään tehokkaasti kevään lumensulamisvesiä, kun taas rannikkoalueilla painopisteen tulisi olla syksyn ja talven sateiden aiheuttaman liiallisen kostumisen ehkäisyssä.
Ilmastonmuutoksen ennustetaan lisäävän talviaikaisia vesisateita ja keskitalven sulamisjaksoja sekä nostavan sademääriä pohjoisella pallonpuoliskolla. Siksi kuivatusjärjestelmien suunnittelussa tulisi huomioida tulevat ilmasto-olosuhteet, jotta niiden toimivuus säilyy pitkällä aikavälillä.

Väitöskirjassa tarkasteltiin myös hydrologisten mallien käyttöä turvemaiden tutkimuksessa. Keskeinen tulos on, että vapaasti saatavilla olevien HBV-light- ja MODFLOW-mallien yhdistämistä voidaan käyttää tehokkaasti pohjaveden dynamiikan simulointiin monimutkaisissa turvemaaympäristöissä. Menetelmä vaatii vähemmän laskentatehoa ja on käytännöllisempi vaihtoehto kuin useat raskaammat, integroidut hydrologiset mallinnusratkaisut.