Peltomaan rakenne ja fosforin käyttökelpoisuus
Humuspehtoori 17.3.2015 PELTOMAAN RAKENNE JA FOSFORIN KÄYTTÖKELPOISUUS Helena Soinne Optimaalinen kivennäismaan koostumus Huokostilavuus Maan rakenteella tarkoitetaan maahiukkasten keskinäistä järjestäytymistä ja kiinteän aineksen väliin jäävää tilaa eli huokostoa. Maan rakenne Kahdenlaista huokoisuutta: n Lajitekoostumuksen määräämää huokoisuutta - Huokoskoko: karkeat maat vs. hienojakoiset maat - pienten partikkelien väleihin jää pieni ”huokostila” - suurten partikkelin väleihin jää isompi tila n Maan rakenteen määräämää huokoisuutta - mururakenne - maapartikkelien muodostamat aggregaatit eli murut - pienet huokoset murujen sisällä - suuret huokoset murujen välissä - Karkeissa maissa mururakenne ’löyhä’, maapartikkeleja pitää yhdessä orgaaninen aines, juuret - Savimaissa mururakenteen syntyminen on edellytys pintamaan hyvälle vedenläpäisykyvylle ja siten myös juurten hapensaannille Huokoskokojakauma n Suuret huokoset (>30 μm) n Veden imeytyminen maahan (pinta ei liety) n Tyhjentyvät nopeasti painovoiman vaikutuksesta n Juurten/mikrobien hapen saanti turvattu - juurilla hyvät kasvuolosuhteet – laaja juuristo –ravinteiden saanti turvattu! n Maan on myös pystyttävä varastoimaan vettä, että kaikki vesi ei poistu painovoiman vaikutuksesta. Tarvitaan pieniä huokosia! n Keskikokoiset eli vesihuokoset (Ø 30 - 0.2 μm) n kasvien veden saanti n maan muokkautuvuus n Mikrohuokoset (Ø < 0.2 μm) n vesi ei kasvien käytettävissä ”Vapaa vesi” n Makrohuokoset ovat suuria huokosia: halkaisija yli 0,03 mm - vesi ja ilma liikkuu märässä maassa - juurten kasvuväyliä - hetkellinen veden varastointikyky - vähentää pintavalunnan riskiä - ravinteiden huuhtoutuminen? Kuva: Risto T. Seppälä, MTT Maahan ”sitoutunut” vesi n kapillaarivesi n pintajännitys nostaa vettä tasolle, jossa n adsorptiovesi n fysikaalisesti sitoutunutta vesipatsaan paino tasapainossa kapillaarivoimien kanssa n ei poistu painovoiman vaikutuksesta n kapillaarinen nousukorkeus kasvaa hiukkaskoon pienetessä, samalla nousunopeus hidastuu (kitka!) hiukkaspinnoille n adsorptio- ja kapillaariveden erottaminen täysin toisistaan hyvin vaikeaa n ei kasveille käyttökelpoista http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/solids-and-fluids/capillarity.php Salonen et al. 2002 Maan rakenne eli struktuuri n Savimaa vailla mururakennetta n Savimaan hyvä mururakenne n Ilmava, kuohkea, erikokoisia n Ei erikokoisia huokosia n Tiivis, märkä, ei läpäise vettä huokosia – vedenpidätys ja juurten kasvu estynyt (happitilanne) veden läpäisy Helena Soinne Maan rakenteen ja siten myös huokosrakenteen syntyyn vaikuttavat: Pieniä muruja ja kokkareita n Maan kuivuminen n haihtuminen, jäätyminen, juuristo n Juuriston toiminta n huokosen isoja kokkareita laajentuminen, jatkuvuuden ja lisääntyminen, reiät n Maan muokkaus n kokkareet muruiksi huokosia prismoja n Kaivavien eläinten toiminta Rowell 1994 Maaprofiilin makrorakenne Kestävän mururakenteen ainekset n Hyvä mururakenne kestää veden ja paineen vaikutusta n Muodostuminen vaatii n Maan kuivahtamista n Eloperäistä ainesta ja biologista aktiivisuutta (humus murujen rakenneosana, mikrobien lima-aineet, juuret ja sienirihmat) n Aikaa - Sidokset murun sisällä vahvistuvat ajan myötä Säännöllisesti muokatuissa maissa rakennetta häiritään jatkuvasti ja murut ovat usein heikompia kuin muokkaamattomissa maissa - muokkaus – orgaanisen aineksen väheneminen – häirintä Miten kuivuminen edistää rakenteen kehittymistä? n Märässä maassa savespartikkelien ympärillä on vesikehä (adsorptiovesi) n partikkelit eivät ”osu” toisiinsa n Maan kuivuessa vesikehä ohenee n Partikkelit pääsevät lähekkäin ja liittyvät löyhästi yhteen n Jos maa kuivuu täysin kuivaksi voi syntyä pysyviä sidoksia, eikä partikkeleita saa enää irti toisistaan edes uudelleen kostuttamalla - ei sameutta ”mikromuru” Maan eloperäinen eli orgaaninen aines n Luokittelu 1) Vielä hajoamattomana oleva aines 2) Eri hajaantumisasteilla oleva aines 3) Uudelleen syntetisoitunut aines eli humus n Humus n n n Kestävää mikrobiologista hajotusta vastaan Vedenpidätyskyky (eroosio, huuhtoutuminen) Ominaispinta-ala (pidätysominaisuudet) n Hajoava orgaaninen aines n n Ravinteiden kierto, humuksen raaka-aine Biologinen aktiivisuus (maan rakenne) n Maan orgaanisen aineksen häviöt globaali ongelma n Kun luonnontilainen maa otetaan viljelyyn orgaanisen aineksen pitoisuus alenee - hajotuksen tehostuminen n Orgaanisen aineksen tappiot: avoviljely > nurmiviljely Mururakenne ja erilaiset maankäyttömuodot Vedenkestävien murujen osuus eri maankäytöissä Kestävät murut % Metsä Nurmi/niitty Suorakylvö Kyntö/nurmikierto Kyntö Orgaaninen hiili % Kestävät murut % n Mururakenteen kestävyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat n orgaanisen aineksen määrä n muokkausintensiteetti Mururakenteen kestävyys märissä olosuhteissa - 4 viikkoa vedellä kyllästyneinä Pitkäaikainen nurmi n Kestävä mururakenne vähentää n Liettymistä ja kuorettumista n eroosiota, veden savisameutta n varmistaa veden imeytymistä pinnasta syvempiin kerroksiin n Mururakenteen ollessa heikko n sade rikkoo n maa liettyy ja kuorettuu n pintavirtailua –eroosiota n veden imeytyminen hidastuu n maa pysyy märkänä Säännöllisesti muokattu viljapelto Hyvärakenteinen maa n Hyvärakenteisen maan tunnusmerkkejä n Nopea n Maan veden imeytyminen kuivuminen n Ilmava n Hyvä vedenpidätyskyky n Kestävät n Juuret murut, jatkuvat huokoset kasvavat hyvin n Suotuisa lieroille ja muille eliöille Fosfori maassa 100 % 90 % n Muokkauskerroksessa Orgaaninen P 80 % fosforia n. 1200 mg/kg 70 % n 800 – 1900 mg/kg (Saarela et al. 2003) n Pitoisuus riippuu lähtöaineksesta ja viljelyhistoriasta 50 % n Epäorgaanista (PO4-P) ja orgaanista fosforia (kasvitai eläinperäistä) n Orgaanisen fosforin osuus vaihtelee riippuen maalajista ja viljelyhistoriasta. Voi olla yli 50%. Helppoliukoinen Orgaaninen P 60 % 40 % Epäorgaaninen P 30 % 20 % 10 % Helppoliukoinen Epäorg. P 0% Savimaa Ravinteiden pidättyminen n Pidätyspintoja maassa ovat mm. Savimineraalit, raudan ja alumiinin heikostikiteytyneet oksidit, humus n Mitä pienemmistä hiukkasista maaaines koostuu, sitä suurempi pinta-ala maa-aineksessa on painoyksikköä kohti Pysyvä varaus n n Negatiivinen Savimineraaleissa, pysyvästi kiderakenteessa n Ei voida vaikuttaa olosuhteita muuttamalla n Pidätysmekanismeja n n Sähköiset vetovoimat - Ravinteet ioneina: esim. K+, Ca2+, NO3- (varaus!) - Maapartikkelien sähköiset ominaisuudet : Pysyvä negatiivinen (-) varaus tai pH:sta riippuva varaus (+ tai -) Ligandinvaihto (kemiallinen sidos) -COO pH:sta riippuva varaus n n n n Negatiivinen tai positiivinen Humus Savimineraalien murtopinnat Hydratoituneet oxidit Pidättymismekanismeja Oksidin pintaa Neg. pinta Pos. pinta pidättynyt anioni Vaihtuva kationi Maanesteen ioneja Brady & Weil 2002 Fosforin pidättyminen O O P n Fosfaatti (PO42-) n Pidättyy ligandinvaihdolla – ei perustu sänköisiin varauksiin n pidättyminen Al:n ja Fe:n O OH Al O hydratoituneiden oksidien Al pinnoille syrjäyttämällä O oksidipinnoilta OH– tai H2O -ryhmiä l. ligandeja (reaktio keskuskationin kanssa) OH2 Al OH O Fosforin pidättyminen O O P O n Yksikätinen tai kaksikätinen O Al pidättyminen n Kaksikätinen fosfaatti on tiukemmin kiinni O O O P O O Al O O P O O Al O OH O P O O O O Fosforin pidättyminen P O O O P O n Yksikätinen tai kaksikätinen O Al kiinni n Pidättynyt fosfori on tasapainossa O pidättyminen on heikompaa n Kun kasvit ottavat fosforia, sitä vapautuu pidätyspinnoilta maaveteen P O O Al O O O P maaveden fosforipitoisuuden kanssa n Kun fosfaattia on maassa paljon O O pidättyminen n Kaksikätinen fosfaatti on tiukemmin O Al O O O Fosforin käyttökelpoisuuteen vaikuttavia tekijöitä n Mitä enemmän fosforia on pidätyspinnoilla n Sitä enemmän sitä on myös maavedessä n Sitä helpommin fosforia irtoaa pidätyspaikoilta Mutta n Korkea fosforipitoisuus ja P-luku à Liuenneen fosforin pitoisuus pintavaluntavedessä kasvaa n Päätyessään vesistöön runsaasti fosforia sisältävä maa-aines vapauttaa fosforia tehokkaasti Korkea P-luku vs alhainen P-luku P P PPPP P PP P P P Kuva: Kimmo Rasa Fosforin käyttökelpoisuuteen vaikuttavia tekijöitä n Mitä enemmän fosforia on pidätyspinnoilla n Sitä enemmän sitä on myös maavedessä n Sitä helpommin fosforia irtoaa pidätyspaikoilta. n pH n Fosforin pidättyminen on tehokkaampaa alhaisessa pH:ssa n pH:n noustessa helppoliukoisen fosforin määrä lisääntyy n Orgaaninen aines n Ylläpitää biologista aktiivisuutta, orgaanisen fosforin käyttökelpoisuus n Pidättyminen samoille pidätyspinnoille fosforin kanssa – täyttöaste? n Maan rakenne! Maan rakenne ja ravinteet n Tiivistynyt ja huonorakenteinen maa n pintavirtailut ja eroosio, ravinteita kulkeutuu pois pelloilta vesistöön. n Huonorakenteisessa maassa juuriston kasvu estyy n Ravinteiden hyväksikäyttö huonompaa – ravinteita jää ”yli” http://www.dpi.vic.gov.au/agriculture/about-agriculture/newsletters-andupdates/dairy-newsletters/the-dairy-bulletin/soils-lets-get-physical http://www.ipm.iastate.edu/ipm/icm/2005/5-9-2005/soilmoist.html Miten parantaa fosforin käyttökelpoisuutta? n Hyvä maan rakenne n Hyvät kasvuolosuhteet ja tehokas ravinteiden otto n Laaja juuristo n Ehkäisee fosforin huuhtoutumista pois pelloilta n pH:n nostaminen n pH:n noustessa helppoliukoisen fosforin määrä lisääntyy n Kiihdyttää biologista aktiivisuutta – maan rakenne n Orgaaninen aines n Biologinen aktiivisuus – ravinteiden kierto n Maan rakenne KIITOS!
© Copyright 2024