Kümme aastat tagasi rajati Eestis esimene suuremõõtmeline puhastus-tehismärgala ehk puhastuslodu, mis on tõhusalt aidanud kinni püüda põldudelt pärit toitaineid ja vähendanud hajukoormust veekogudele. Nüüdseks on läbi tehtud ka esimene omataoline eksperiment maailmas – tehismärgala setet saab edukalt kasutada põllunduses.
Tekst: KUNO KASAK, MARGIT KÕIV-VAINIK
Põldudelt ärakantavad taimetoitained mõjutavad tugevalt nii Eesti siseveekogude kui ka Läänemere seisundit. Paraku ei ole tehnoloogiate areng ja paranenud töövõtted põllumajanduses suutnud märkimisväärselt vähendada hajukoormust ega selle mõju pinnaveekogudele. Hajukoormuse all mõistetakse valdavalt põllumajandusest lähtuvat, aga ilma kindla allikata taimetoitainete koormust veekeskkonnale. Veekeskkonda lisanduvate toitainete tõttu veekvaliteet üha halveneb, väheneb elurikkus, hoogustuvad sinivetikavohangud ja veekogude kinnikasvamine ning tekib palju muid keskkonnaprobleeme.
Läänemere-äärsetes riikides on pikka aega räägitud vajadusest võtta laialdasemalt kasutusele veekaitsemeetmeid ja pidada toitaineid kinni enne, kui need jõuavad siseveekogudesse, põhjavette või merre. Üks tõhus abinõu on looduspõhised veepuhastussüsteemid – tehismärgalad. Seejuures pakub huvi küsimus, kas tehismärgalade settesse aastate jooksul kogunenud taimetoitaineid oleks võimalik põldudel uuesti kasutusele võtta.
Mullatervis kui hinnalisim vara
Intensiivse põllumajandustootmise korral on üsna keeruline hoida mullatervist ja -viljakust. Selle saavutamiseks on tarvis rakendada eri meetodeid. Parema saagikuse tagab mulla kindel toitainete, niiskus- ja orgaanikasisaldus, aga mulla tervist mõjutab ka õhutatus ja hapnikusisaldus.
Intensiivses põllumajanduses kasutatakse põllumulla toitainetega rikastamiseks laialdaselt mineraalväetisi. Peale selle on ka teisi viise. Näiteks lisatakse põldudele väetisena erisuguseid orgaanilisi aineid: sõnnik, virts, mitmesugused kompostid, haljasväetised ja digestaat ehk vedel biogaasijaama kääritusjääk. Sedasorti väetistes leidub taimetoitaineid nii mineraalsete kui ka orgaaniliste ühenditena.
Orgaanilised väetised muudavad mulla mikrobioloogilisi protsesse tõhusamaks ja loovad seeläbi soodsad olud taimede kasvuks, ühtlasi suurendavad saagikust. Samuti aitavad need luua mullas paremat niiskusrežiimi, mille on rikkunud sagenenud põuad ja liigniiskus. Orgaaniliste väetiste korrapärane tarvitus aitab ka üldisemalt hoida ning parandada mulla vee- ja õhurežiimi ning struktuuri.
Samas tuleb nii orgaaniliste kui ka mineraalväetiste puhul jälgida, et võimalikult vähe toitaineid satuks põllult põhja- või pinnavette. Mida reljeefsem on põllumaa, seda suurem on vihma- ja lumesulaveega ärakantavate toitainete kogus. Peale pindmise äravoolu kaovad toitained põllult ka pinna- ja mullavees lahustununa, mis on eeskätt oluline lämmastikuühendite korral. Mida vähem jõuavad taimed põllumullast toitaineid omastada, seda suurem on ärakanne ja negatiivne mõju lähikonna veekogudele. Kui kraavidel ei ole võetud veekaitsemeetmeid, siis jõuavad need toitained nii jõgedesse, järvedesse kui ka Läänemerre. Sellised üleliigsed toitained tasub tagasi ringlusse võtta, leida neile sobilik väärindusviis: see on kestliku põllumajanduse alus ja osa heast põllumajandustavast [1].
Keskkonnaseisundit saab parandada
Läänemere ja siseveekogude parema keskkonnaseisundi nimel on kõige olulisem vähendada sinna jõudvate toitainete kogust. Läänemerd ohustavad enim lämmastikuühendid. Aga siseveekogusid tuleb meil kaitsta fosfori sissekande eest. Mida rohkem fosforit jõuab siseveekogudesse, seda suurem on oht, et veekogud kasvavad kinni – eutrofeeruvad. Seega on tähtis, et veekaitsemeetmed aitaksid vähendada mõlema toitaine ärakannet.
Kõige tõhusam on kõigepealt tegeleda ennetusega: järgida väetusnorme, lähtuda täppisviljelusest ja reguleerida põllul veetaset drenaaži abil. Toitainete jõudmist põllumaadelt veekogudesse piiravad ka veekaitserajatised, näiteks vooluveekoguäärsed puhverribad ja mitmetasandiline kraavitus.
Kui toitained on juba põllult vette kantud, siis aitavad hajukoormust vähendada väiksemate kraavide korral näiteks settebasseinid, seevastu suuremate veekoguste ja hajukoormuse korral on abiks suuremad ja tõhusamad tehismärgalad ehk puhastuslodud. Iga veekaitserajatis panustab otseselt Eesti siseveekogude hoidu ja aitab parandada Läänemere seisundit.
Tehismärgala toimib, aga nõuab hoolt
Aastal 2015 rajati Uhti külla Tartumaal Eesti esimene suuremõõduline vabaveeline puhastus-tehismärgala süsteem, vähendamaks põllumajandusest pärit hajukoormuse mõju veekogudele (vt kaarti; loe ka [2]). Kõnealune Vända tehismärgala on kümne aasta jooksul toiminud väga tõhusalt ja aidanud seeläbi hoida allavoolu jäävate Porijõe, Suure Emajõe, aga ka Peipsi järve veeökosüsteeme.
Ligi kümnendi jooksul on tehismärgalal seiratud paljusid aspekte: veepuhastuse tõhusust, elurikkust, kasvuhoonegaaside voogusid, mikrobioloogilist seisundit, tehtud taimede uuringuid jms. Mitmetahulise seire siht on paremini mõista, kuidas inimese rajatud ökosüsteemides kulgevad komplekssed protsessid. See teave on vajalik, et välja töötada paremaid veekaitsemeetmeid, mis aitavad keskkonda sattunud heidete hulka vähendada ning toetada looduse hüvesid laiemalt, sh hoida elurikkust.
Aastaid kestnud uuringud on näidanud, et tehismärgala on edukalt kinni püüdnud põldudelt ärakantud fosforit ja märkimisväärselt vähendanud lämmastikusisaldust vees. Seetõttu on märgala põhjasete rikkalik nii orgaanika, mikroelementide kui ka fosfori poolest. See asjaolu on omakorda tõstatanud küsimuse: mida teha settega, kui seda on tehismärgalasse kogunenud nõnda palju, et rajatise puhastusefektiivsus väheneb?
Tänapäeval on järjest aktuaalsem ringmajandus ja kestlik ressursikasutus, püütakse väärindada jääkmaterjale ja leida neile loodussäästlikumad kasutusalad. Seda põhimõtet tasub kaaluda ka puhastus-tehismärgalades talletunud orgaanika- ja toitainerikka sette korral.
Inspiratsiooni lahenduste leidmiseks saime senistest kogemustest ja ka uurimistöödest järvedest pärit põhjasetete kohta: need võivad olla rikkalikud nii fosfori kui ka mikroelementide poolest. Näiteks Soomes tehtud uuringud kinnitavad, et järvesete suurendab rohumaadel olulisel määral taimede kasvu ning settelisand on arvestatav moodus väetada mulda [3]. Eemaldades eutrofeeruvatest veekogudest põhjasetteid, saab nende keskkonnaseisundit paremaks muuta: paraneb veekvaliteet, suureneb elurikkus ja vähenevad kasvuhoonegaaside vood [5].
Nõnda võtsime 2023. aasta vegetatsiooniperioodil ette esimese omalaadse katse maailmas [4]. Siht oli uurida, kas tehismärgalasse kogunenud toitaine- ja orgaanikarikkal settel on kasutusvõimalusi põllumajanduses: kas sellega saab parandada mullaviljakust ja mullatervist. Põllukatses rajasime võrdlusalad, et saada parem ülevaade sette mõjust mullaviljakusele ja saagikusele. Ühele katsealale lisasime N : P : K mineraalväetist, teisele vedelat biogaasijaama jääki ehk digestaati ning kolmas võrdlusala jäi ilma igasuguse lisaväetiseta.
Setteuuringud omalaadse katse tarbeks
Veekogude põhjasetetesse koguneb orgaanilisi, anorgaanilisi, vees lahustuvaid, hüdrofoobseid, raskesti lahustuvaid ja ka ohtlikke ühendeid, näiteks püsivad orgaanilised ühendid, pestitsiidid ja raskmetallid [6]. See seab sette kasutusele piirangud: setet on lubatud mulda lisada, kui selles sisalduvate saasteainete hulk ei ületa õigusaktidega kehtestatud piirmäärasid. Ent Eestis ei ole veel kehtestatud selgeid nõudeid märgala- või teiste veekogude põhjasette kasutuse kohta. Seevastu on need sätestatud reoveesette (enamasti aktiivmuda) tarvituse kohta (RT I, 06.08.2019, 7): haljastuses, taimekasvatuses, põllumajandusmaal vms võib kasutada vaid seda setet, mis vastab piirväärtustele. Tinglikult saame nendest piiriväärtustest lähtuda ka märgalasette korral.
Veekogude põhjasetete kasutuselevõtu suurimaid takistusi põllumajanduses ongi settes sisalduvad saasteained, mis võivad osutuda ohtlikuks meie tervisele või keskkonnale. Enne oma eksperimenti uurisime tehismärgala sette koostist põhjalikult: vaatluse all oli üle saja pestitsiidi (sealhulgas toksilised lagusaadused) ja enim levinud raskmetallid (kroom, nikkel, plii, tsink, vask, elavhõbe).
Kõik tehtud uuringud on kinnitanud, et ükski näitaja ei ületanud reoveesettele kehtestatud piirväärtusi, enamik parameetreid jäi isegi allapoole määramispiire. Seega ei ilmnenud piiranguid kasutada uuritava tehismärgala setet põllumaal. Siin tasub rõhutada, et see asjaolu ei pruugi kehtida iga märgala-, settebasseini-, või järvesette korral. Sette koostis oleneb vees sisalduvatest saasteainetest ja võib suuresti erineda. Ohutuse mõttes tuleb alati kõigepealt kontrollida sette keemilist koostist.
Iga väetus lähtub põllust
Tehismärgala sette uuringute järgi sisaldab sete rikkalikult orgaanikat, fosforit ja mikroelemente (nt kaltsium ja magneesium), aga ka lämmastikku. Fosfor ja mikroelemendid on märgalakeskkonnas stabiilsemad ja vähem liikuvad (ehk nad on settinud põhjamudasse), mistõttu oleneb nende sisaldus otseselt sellest, kui palju selliseid toitaineid põldudelt tehismärgalasse kandub. Lämmastik eraldub hästi töötavast puhastussüsteemist enamasti mikroobse lagundamise teel nii naerugaasi kui ka molekulaarse lämmastikuna.
Enne kui sete põllumaale laotatakse, on tähtis välja arvutada, kui palju seda vaja läheb, et mullaviljakus paraneks. Kogus oleneb konkreetse põllumaa toitainete vajadusest. Samamoodi nagu Eestis tavapäraselt kasutatavate väetiste, nt mineraalväetiste, digestaadi ja sõnniku korral tuleb ka setet kasutades jälgida, et toitainete sisaldus ei ületaks hektari kohta ette nähtud koguseid. Taimed ei omasta liiaga pandud toitaineid ja need uhutakse vihmaga nii leostumise kui ka pindmise äravoolu teel põllult minema.
Põllukatses arvutasime mulla algse koostise ja põllu toitainevajaduse järgi iga katseala kohta täpsed väetusainete ja sette kogused. Kõikide katsealade katsekultuur oli suvinisu. Katse käigus mõõdeti iga nädal taimede kasvukiirust, kasvuhoonegaaside voogusid, mulla niiskust ja temperatuuri.
Katse kinnitas kasutusvõimalusi
Külvi järel oli 2023. aasta mai äärmuslikult kuiv. Kevadine kuivus on aga üks suurimaid probleeme põllukultuuride kasvatuses, sest ilma veeta ei saa seemned idaneda ning see omakorda pikendab saagi valmimise aega.
Hoolimata kuivusest oli juba katse alguses näha, et suure veesisaldusega tehismärgala sete võimaldas taimedel märkimisväärselt kiiremini idaneda ja kasvada. Peale selle aitas mullaniiskust tunduvalt paremini hoida sette suur orgaanikasisaldus. See võimaldas nisutaimedel kuival kevadisel kasvuajal jõudsasti areneda: settega väetatud katseala haljendas juba nädal pärast külvi, kuid teistel võrdlusaladel oli paar nädalat pärast külvi näha üksikuid nisuvõrseid. Kogu suve jooksul oli märgata, et settega katsealal kasvas nisu tunduvalt paremini. Augustikuus oli nisu seal koristusküps peaaegu kaks nädalat varem kui teistel katsealadel.
Kui vili oli kõikidelt katsealadelt koristatud, võrdlesime nisu maapealset biomassi. Huvi oli teada saada, mismoodi erinevad kogused, saagikus ja kvaliteet. Settega katsealal kasvatatud nisu edestas teistel aladel kasvanud nisu tulemusi tublisti kõigi näitajate poolest. Kvaliteedilt kuulus see nisu kõigi põhinäitajate poolest (nt proteiini-, tärkliseja kleepvalgu sisaldus ja langemisarv) kõrgeimasse klassi.
Ühtlasi tuleb rõhutada, et settega alal oli mulla lämmastikusisaldus väiksem kui võrdlusalade oma, sest nagu eespool selgitatud, ei leidu märgalasettes üldjuhul suures koguses lämmastikku. Samas ei olnud lämmastikuvähesus taimekasvu piirav tegur, sest sete oli nii fosfori- kui ka mikroelementiderohke. Muu hulgas suurendas sete mulla orgaanika- ehk süsinikusisaldust ligi kaks korda: teistel aladel oli see keskmiselt 2%, ent settega alal ligi 4% [5].
Seega, meie eksperiment näitas, et tehismärgala settel on suur väärtus, kuna seda saab põllumajanduses edukalt kasutusele võtta. See on äärmiselt tähtis tulemus, arvestades asjaolu, et avaveeliste puhastus-tehismärgalade toimimiseks tuleb sete teatud aja möödudes eemaldada. Sel korral kulus kümme aastat, enne kui Vända tehismärgala oli märkimisväärselt kinni kasvanud ja talletunud settekogus selline, et süsteemi puhastustõhususe tõttu tuli sete välja kaevata.
Autorid tänavad perekond Loppi, kelle abiga ja kelle põllul eksperiment teoks sai. Uuringut on toetanud Eesti teadusagentuur (grant PSG714).
1. Järvan, Mall jt 2020. Hea põllumajandustava. Eesti Taimekasvatuse Instituut, Eesti.
2. Kasak, Kuno 2017. Nutikas moodus puhastada vett: tehismärgala. – Eesti Loodus 68 (4): 265–268.
3. Kiani, Mina et al 2023. Recycling eutrophic lake sediments into grass production: A four-year field experiment on agronomical and environmental implications. – Science of The Total
Environment 870, 20 April 2023, 161881, doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161881.
4. Lopp, Liia 2024. Põllumajanduslikku hajukoormust vähendava avaveelise tehismärgala sette mõju mulla viljakusele ja teravilja kasvule. Bakalaureusetöö keskkonnatehnoloogias. Tartu Ülikool, dspace.ut.ee/items/73b1522e-494c-47d0-8a5b-c134cf395566.
5. Nijman, Thomas P. A et al. 2022. Phosphorus control and dredging decrease methane emissions from shallow lakes. – Science of the Total Environment 187, 15 November 2022, 157584, doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157584.
6. Perelo, Louisa Wessels 2010. Review: In situ and bioremediation of organic pollutants in aquatic sediments. – Journal of Hazard Materials 177 (1–3): 81–89, doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.12.090.
KUNO KASAK (1987) Tartu ülikooli keskkonnatehnoloogia professor.
MARGIT KÕIV-VAINIK (1982) Tartu ülikooli keskkonnatehnoloogia kaasprofessor.