Perunanviljelyn digiloikka – kehitteillä maaperän automaattinen kosteudensäätöjärjestelmä

Maanviljelyä tuntemattomalle täytyy ensiksi avata säätösalaojituksen periaate: viljelyalueelle asennetut salaojaputket keräävät maaperään imeytyneen veden kokoojaputken kautta salaojakaivoon, jonka vedenpinnan korkeutta säätämällä pystytään vaikuttamaan pellon kosteusolosuhteisiin. Salaojakaivon säätäminen tapahtuu nykyisin mekaanisesti, ja jos tilalla on satoja hehtaareja salaojitettua peltoa, viljelijä käyttää paljon työaikaansa kaivojen tarkastamiseen ja säätämiseen.

Kyseessä on ison mittaluokan työpanos, sillä Suomessa on pelkästään perunalla 20 000 hehtaaria säätösalaojitettua peltoa, ja kaikessa kasvinviljelyssä yhteensä 70 000 hehtaaria. Pelkästään Tyrnävällä, Suomen tärkeimmässä siemenperunanviljelykunnassa, on noin tuhat säätösalaojakaivoa.

”Muutama vuosi sitten tyrnäväläinen perunanviljelijä heitti ilmaan toiveen, että voi kunpa salaojakaivojen säädön voisi hoitaa automaattisesti”, kertoo tohtorikoulutettava Mika Pylvänäinen Oulun yliopiston Älykkäät koneet ja järjestelmät -tutkimusyksiköstä.

Ajatus jäi itämään, ja se johti Tietopohjainen maaperän kosteudenhallinta (TIMAKO) -hankkeeseen, jonka toteuttamiseen osallistuu viisi Oulun yliopiston tutkimusyksikköä: Älykkäät koneet ja järjestelmät, Ympäristö- ja kemiantekniikka, Vesi-, energia- ja ympäristötekniikka, Markkinointi, johtaminen ja kansainvälinen liiketoiminta sekä Jokapaikan tietotekniikka.

Salaojakaivojen automaattinen vedenpinnan korkeuden mittaaminen ja etäluenta sekä automaattinen säätö auttaisivat maanviljelijöitä suuresti. TIMAKO-hankkeen tutkija Mika Pylvänäinen (oik.), hankkeen johtaja Toni Liedes ja maanviljelijä Pertti Alatalo tekevät yhteistyötä kaupallistettavien ratkaisujen kehittämiseksi.

”TIMAKO:n tavoitteena on tutkia järjestelmää, joka mittaa ja säätää maaperän kosteusolosuhteita säätösalaojitetulla pellolla”, tiivistää hankkeen vastuullinen johtaja Toni Liedes, Älykkäät koneet ja järjestelmät -tutkimusyksikön johtaja Oulun yliopistosta.

Lopullinen järjestelmä mittaa viljelylohkolta maaperän kosteuden ja salaojakaivon vedenpinnan korkeuden sekä säätää vedenpinnan tasoa salaojakaivoissa joko automaattisesti tai viljelijän etäohjaamana.

”Etsimme kustannustehokkaita ratkaisuja, eli pyrimme siihen, että kustannukset pysyvät maksimissaan sadoissa euroissa hehtaaria kohti”, Liedes sanoo.

TIMAKO-hanke sai BusinessFinlandin kaksivuotisen Tutli (Tutkimuksesta uutta liiketoimintaa) -rahoituksen, joka päättyy vuoden 2019 lopussa.

Mittareita moneen tarkoitukseen

Tyrnäväläisellä koepellolla on elokuinen pakkasyö ruskettanut perunanvarret. Uutta vihreää lehteä kuitenkin pukkaa tyvestä, joten perunat jatkavat kasvuaan ja muodostavat mukuloihin tärkkelystä. Lähes sateettoman heinäkuun jälkeen maaperä on kuivaa pintaa syvemmältä, huolimatta elokuun sateista.

Koepelto on jaettu kahteen valuma-alueeseen, joista vedet valuvat eri salaojakaivoihin. Perunalajike, maaperän laatu, lannoitusmäärät ja kasvinsuojelumenetelmät ovat samoja molemmilla alueilla, mutta kasvualustan kosteutta pystytään säätelemään salaojakaivoilla. Aktiivisella kosteudenhallinnalla saadaan selville, miten kosteudenhallinta vaikuttaa satotuottoon.

Pelloilla on koeruutuja, joista Luonnonvarakeskuksen (LUKE) tutkijat selvittävät perunoiden satomäärän ja laadun.

”Valitettavasti hankkeen kahtena kesänä on ollut niin kuivaa, ettei veden määrää ole pystytty säätelemään kuin kerran tänä kesänä, kesäkuun alkupuolen rankkasateiden aikaan”, Liedes pahoittelee.

Hankkeella on koepelloilla testattavana erilaisia maaperän kosteusmittareita. Maaperään on upotettu yhteensä lähes sata anturia.

TIMAKO-hankkeen mittausyksiköiden tulee toimia ilman sähköverkkoa, joten laitteisiin saadaan virtaa joko aurinkopaneelista, akuista tai paristoista. Tiedonkeruussa hyödynnetään IoT -ratkaisuja eli esineiden internettiä.

”Haluamme löytää riittävän hyvät ja tarpeeksi edulliset anturit ja tiedonkerääjät, jotka eivät vaadi sähköverkkoa vaan toimivat aurinkopaneelilla, akulla tai paristoilla, jotka hyödyntävät IoT (Internet of Things) eli esineiden internet -ratkaisuja ja kestävät pelto-olosuhteita.”

Hyviä kosteusantureita on olemassa, mutta varsinkin tutkimuskäyttöön tarkoitetut anturit ovat ”liian” hyviä ja kalliita, kun haetaan kaupallistettavissa olevia ratkaisuja.

Salaojakaivoihin sijoitetut anturit lähettävät tutkijoille mittaustietoa vedenpinnan korkeudesta. Liedes ja Pylvänäinen avaavat salaojankaivon kannen.

”Tässä kaivossa on juuri nyt 48 senttiä vettä”, Liedes tarkistaa kännykästään.

”Salaojakaivojen automaattisäädöstä on tehty prototyyppejä laboratoriossa, mutta niitä ei ole vielä testattu pelloilla.”

Pellon reunalla seisoo sääasema, joka mittaa maaperän ja ilman lämpötilaa, ilman suhteellista kosteutta, ilmanpainetta, auringon säteilytehoa, sademäärää sekä tuulen suuntaa ja voimakkuutta. Sääaseman kamera ottaa kuvan pellosta vartin välein. Taustatietoa kerätään mahdollisimman paljon.

Mittaustuloksia kokemusperäisen tiedon avuksi

Tutkijoiden kanssa pellolla astelee maanviljelijä Pertti Alatalo, jonka perunaviljelykselle koealat on perustettu. Hänestä työskentely tutkijoiden kanssa on mielenkiintoista.

”Peltojen vesitalous tietenkin kiinnostaa, ja on hyvä, kun saa siitä tutkittua tietoa”, Alatalo sanoo. ”Pelkästään se, että viljelijä näkisi salaojakaivon vedenpinnan korkeuden kotona tietokoneelta, helpottaisi työtä kovasti.”

”Viljelijät joutuvat tekemään salaojakaivoilla isoja päätöksiä perustuen kokemukseen ja ammattitaitoon”, Pylvänäinen huomauttaa.

Kun saderintama lähestyy ja vettä on luvassa kymmeniä millimetrejä vuorokaudessa, on viljelijällä kiire avaamaan salaojakaivojen pohjaluukkuja, etteivät perunat huku. On tiedettävä, mitkä pellot ensimmäisenä tulvivat, mikä riippuu muun muassa maalajista. Mittaustieto salaojakaivon vedenkorkeudesta ja kaivojen automaattinen tai etäsäätö avittaisivat viljelijää suuresti.

Koepellon laidalle sijaitseva sääasema mittaa ilman lämpötilaa, kosteutta, valon määrää, sademäärää ja ilmanpainetta. Mittaustiedot ovat luettavissa reaaliaikaisesti vaikka kännykän ruudulta.

Toisaalta kuivat kesät ovat vieläkin haasteellisempia, sillä pellot ovat riippuvaisia taivaalta tulevasta vedestä.

”Tässä hankkeessa ei käytetä kastelua. Kastelu olisi mahdollista paitsi pintakasteluna, myös pumppaamalla salaojakaivoon vettä, josta se salaojaputkiston välittämänä nousisi kapillaarisesti perunan juurien käyttöön”, Liedes sanoo.

Tutkijat ovat kehittäneet salaojakaivoihin myös virtaamamittarin, joka kertoo kaivon läpi virtaavan veden tilavuusvirran. Jos pitkäaikaisesta mittaussarjasta näkyy virtaaman hidastuminen, on syy kenties salaojaputkien tukkeutumisessa.

”Silloin viljelijä tietää, että nyt on aika puhdistaa salaojat.”

Teksti: Satu Räsänen

Valokuvat: Mikko Törmänen

Viimeksi päivitetty: 16.9.2019