Maan rakenne

Ensimmäinen pellonparannukseen liittyvä koulutuspäivä pidettiin 16.2.2012 ja luennoitsijana päivässä oli tutkijatohtori Helena Soinne HENVI/MTT. Seuraavaan tekstiosuuteen on kerätty tiivistetysti päivän teoriasisältö ja alla olevasta linkistä voit ladata päivän luentomateriaalin kokonaisuudessaan.

Pellonparannus%20Soinne%20Helena%20Ahlman%2016.2.2012.pdf

Peltoviljelyn hyvä ravinnetalous ja tuotantokyky

Maalaji

Maalaji määräytyy maan sisältämän kivennäisaineen ja orgaanisen aineen perusteella. Optimaalisesta kivennäismaasta noin 25 % on vettä, 25 % ilmaa ja vajaa puolet on mineraaliainesta. Jäljelle jäävä osuus on orgaanista ainesta. Orgaaninen aines jaotellaan kolmeen eri tyyppiin: vielä hajoamattomana oleva aines, eri hajaantumisasteilla oleva aines ja uudelleen syntetisoitunut aines eli humus.

Humus sitoo hyvin vettä ja se on kestävää mikrobiologista hajotusta vastaan. Lisäksi humuksen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat tärkeitä maan rakenteelle ja se puskuroi happamoitumista vastaan. Parhaillaan hajoava orgaaninen aines on myös merkittävässä osassa maa-aineksen laatua ajatellen, sillä se vaikuttaa ravinteiden kiertoon ja mikrobiaktiivisuuteen. Orgaanisen aineksen hajotus tehostuu, kun maa otetaan viljelykäyttöön, ja näin myös orgaanisen aineksen määrä alenee luonnontilaiseen maahan verrattuna.

Mitä pienemmistä hiukkasista maa-aines koostuu, sitä suurempi ominaispinta-ala sillä on. Ominaispinta-ala kertoo kuinka suuri pinta-ala maa-aineksessa on painoyksikköä kohden. Suuri ominaispinta-ala lisää veden ja muiden aineiden sitoutumista maa-ainekseen. Mitä pienempi on hiukkaskoko sitä pienempiä huokosia hiukkasten väliin jää ja tällä on vaikutusta maan huokostilavuuteen.

Maavesi

Vesi on hyvin olennainen maaperän ainesosa, sillä se vaikuttaa maan kemiallisiin, biologisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Maassa oleva vesi on joko "vapaata vettä" taikka sitoutunutta vettä. "Vapaa vesi" tarkoittaa maaperän suurissa huokosissa painovoimaisesti liikkuvaa vettä. Suuret huokoset ovat ns. makrohuokosia eli yli 0,03mm suuria huokosia.

Sitoutunut vesi pysyy painovoiman vaikutuksesta huolimatta maassa. Adsorptiovesi on fysikaalisesti hiukkaspinnoille sitoutunutta vettä ja tämä vesi ei ole kasvien käytettävissä. Kapillaarivesi tarkoittaa sitä vettä, jonka pintajännitys nostaa sellaiselle tasolle, että vesipatsaan paino on tasapainossa kapillaarivoimien kanssa.

Huokoset

Maaperässä on kahdenlaista huokoisuutta: lajitekoostumuksen määräämää huokoisuutta ja maan rakenteen määräämää huokoisuutta. Lajitekoostumuksen määräämä huokoisuus tarkoittaa käytännössä sitä, että mitä karkeampaa maa on, sitä suurempia huokosia maapartikkelien väliin jää. Maan rakenteen määräämä huokoisuus kytkeytyy murujen muodostumiseen hienojakoisilla mailla.

Suuret huokoset edesauttavat veden imeytymistä maahan, jolloin pinta ei liety. Suuret huokoset myös turvaavat juurten ja mikrobien hapensaannin. Hapensaanti takaa hyvät kasvuolosuhteet juuristolle ja laaja juuristo takaa tehokkaan ravinteiden oton. Suuret huokoset eivät kuitenkaan yksistään riitä takaamaan hyvää maan laatua, sillä vesi poistuu suurista huokosista painovoimaisesti. Maan on pystyttävä varastoimaan vettä ja tähän tarvitaan keskikokoisia huokosia joiden halkaisija on 0,0002-0,03 mm. Keskikokoiset huokoset takaavat kasvien veden saannin.

Maan rakenteen ja siten myös huokosrakenteen syntyyn vaikuttavat
  • Maan kuivuminen (haihtuminen, jäätyminen ja juuristo)
  • Juuriston toiminta (huokosten laajentuminen ja jatkuvuus)
  • Maan muokkaus: kokkareista muruja -> huokosia
  • Lierojen toiminta
Mururakenne

Murujen kestävyys vähentää liettymistä, kuorettumista, eroosiota ja varmistaa veden imeytymisen pinnasta syvempiin kerroksiin. Hyvän mururakenteen tulee kestää veden ja paineen vaikutusta. Tällaisen mururakenteen muodostuminen vaatii maan kuivumista, aikaa ja biologista aktiivisuutta. Kuivumisen myötä maahiukkasien ympärillä oleva vesikehä ohenee ja tällöin hiukkaset pääsevät lähemmäksi toisiaan ja syntyy löyhiä yhteenliittymiä, jotka ovat mururakenteen muodostumisen alku.

Orgaanisen aineksen merkitys mururakenteen syntymiselle on merkittävä. Humus toimii murujen mikrorakenteen rakenneosana ja kasvinjäänteet lisäävät mikrobiaktiivisuutta. Mikrobien erittämät liima-aineet stabiloivat muruja. Lierojen ulosteet ovat myös kestäviä muruja. Juuririhmastot stabilisoivat isoja muruja ja sienirihmat sekä bakteeripesäkkeet taas liittävät maahiukkasia yhteen ja stabilisoivat pieniä muruja.

Mururakenteen stabilisoituminen vaatii aikaa, sillä sidokset murun sisällä vahvistuvat ajan myötä. Säännöllinen maanmuokkaus häiritsee tätä prosessia ja murut ovatkin tällöin yleensä heikompia kuin muokkaamattomissa maissa. Heikolle mururakenteelle on tyypillistä, että murut hajoavat sateella, kun partikkelien ympärillä oleva vesikehä laajenee. Routa ja muokkaus synnyttävät myös "valemuruja", jotka hajoavat helposti ja liettyvät kosteuden vaikutuksesta.

Savimaissa orgaanisen aineksen merkitys korostuu, sillä se tekee muruista huokoisempia ja joustavampia ja näin imukykyisiä. Pelkästään savesta muodostunut muru on kova ja tiivis ja se räjähtää kastuessaan. Savimaissa mururakenteen syntyminen on ensiarvoisen tärkeää, sillä se on edellytys pintamaan hyvälle vedenläpäisykyvylle ja siten myös juurten veden saannille.

Tiivistyminen

Tiivistyminen pienentää huokostilavuutta ja heikentää veden imeytymistä maahan. Erityisesti muutos näkyy suurten huokosten määrässä. Tiivistymisen seurauksena maa ei kuivu ja muodostuu lätäköitä. Juurten kasvu ja ravinteidenottokyky heikentyy, sillä ne eivät saa tarpeeksi happea. Tiivistymisen seurauksena ravinteita pääsee liukenemaan veteen ja pintavalunta lisääntyy maan pinnan vedenjohtokyvyn huonontumisen myötä. Pintavalunta voimistaa eroosiota ja liukoiset ravinteet lähtevät valumien mukana pelloilta vesistöihin.

Ravinnekuormitus ja eroosio

Kasvien ravinteiden otto on tehokkainta kehityksen alkuvaiheessa ja ravinteiden tarve vähenee kasvukauden loppua kohden. Erityisesti kasvukauden ulkopuolella ravinteet ovat alttiina huuhtoutumiselle. Ravinnekuormituksesta jopa yli 90 % tapahtuukin kasvukauden ulkopuolella. Kuormitus on mahdollista aina silloin, kun vesi liikkuu.

Suomessa kohonneet talvilämpötilat voivat edelleen lisätä eroosioriskiä. Eroosio kuljettaa ravinteita pintavesiin ja aiheuttaa näin vesistöjen rehevöitymistä. Maan rakenteesta huolehtiminen on erityisen tärkeää eroosiota ehkäistäessä. Huonorakenteisessa maassa juuriston kasvu estyy, jolloin ravinteiden hyväksikäyttö on heikompaa ja ravinteita jää "yli". Tiivistynyt heikkorakenteinen maa lisää myös pintavaluntoja, kun vesi ei imeydy maaperään.

Eroosion torjunta

Kasvipeitteisyyden vaikutukset

+Hidastaa veden liikettä ja sitoo maata juurilla
+Suojaa maata sateelta ja vähentää pintaeroosiota
-Suorakylvö vähentää eroosiota kaltevilla mailla, mutta lisää liukoisen fosforin kuormitusta.

Muokkaamisen vaikutukset

+Lisää painannevarastoa sekä väliaikaisesti maan vedenpidätyskykyä
-Heikentää maan murujen kestävyyttä

Maaperäkemiaa

Kasvit ottavat ravinteensa ioneina maavedestä

  • Typpi NO3- tai NH4+
  • Fosfori H2PO4- tai HPO42-
  • Kalium K+
  • Rikki SO4 2-
  • Kalsium ja magnesium Ca2+ ja Mg2+

Ravinteiden pidättyminen

Pidätyspintoina maassa toimivat savimineraalit, raudan ja alumiinin heikostikiteytyneet oksidit sekä humus. Pidätysmekanismeja ovat sähköiset vetovoimat ja ligandin vaihto, joka perustuu kemiallisiin sidoksiin. Negatiivisesti varautuneet pinnat pidättävät yllämainittuja positiivisesti varautuneita ravinteita (kationeja). Negatiivisesti varautunut nitraattityppi taas ei sitoudu maahan normaaliolosuhteissa ja siksi se huuhtoutuu helposti.

Negatiivisesti varautunut fosfaattifosfori puolestaan pidättyy ligandinvaihdolla rauta- ja alumiinioksideihin syrjäyttämällä heikostikiteytyneiden oksidien pinnoilta OH- tai H2O –ryhmiä eli ligandeja. Fosfori sitoutuu hyvin voimakkaasti maahan ja lujasti maapartikkeleihin kiinnittynyt fosfori kulkeutuukin pois pelloilta enimmäkseen eroosioaineksen mukana. Vesistöön päätyessä runsaasti fosforia sisältävä maa-aines taas vapauttaa fosforia veteen.

Maan pH

Suomessa on luonnostaan happamat maat. Happamuus eli alhainen pH alentaa fosforin käyttökelpoisuutta, kasvattaa kationien huuhtoutumisriskiä, suurentaa vahingollisten mikrobien osuutta, heikentää typensitojien toimintaa ja kasvattaa sienten osuutta, jolloin hajotus ja ravinnekierto hidastuvat. Orgaaninen aines puskuroi happamoitumista vastaan ja kalkituksella maan pH:ta voidaan nostaa. Kalkitseminen myös kasvattaa suolavahvuutta, joka vaikuttaa maahan samalla tavoin kuin kuivuminen, eli edesauttaa mururakenteen syntymistä. Suolavahvuuden kasvu edistää myös ravinteiden pidättymistä.

Hyvärakenteinen maa
  • Murut ovat kestäviä ja huokoset jatkuvia
  • Vesi imeytyy nopeasti
  • Maa kuivuu
  • Maa on ilmavaa
  • Maalla on hyvä vedenpidätyskyky
  • Juuret kasvavat hyvin
  • Maa on suotuisa lieroille ja muille eliöille
Toimenpiteet maan rakenteen hyväksi

Kunnollinen ojitus edesauttaa maan kuivumista, mikä taas on ehtona isojen huokosten syntymiselle. Toimiva peruskuivatus myös estää liettymistä. Maan muokkaamattomuus antaa muruille aikaa stabiloitua, ja siksi nurmi tulisikin ottaa mukaan viljelykiertoon. Nurmella pitäminen lisää huokostilaa ja orgaanisen aineksen määrää. Tiivistymistä voidaan ehkäistä myös kiinnittämällä huomiota ajokertoihin ja akselipainoihin.

Ellei toisin mainittu, tämän sivun sisällön lisenssi on Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License