Maaperän ominaisuudet

Maaperällä on erilaisia ominaisuuksia: biologisia, fysikaalisia ja kemiallisia. Ne kaikki vaikuttavat maaperän kykyyn toimia eri tehtävissä, joita ovat muun muassa hiilensidonta, monimuotoisuuden ylläpitäminen ja veden puhdistaminen. Maaperän eri ominaisuudet ovat tiiviissä vuorovaikutuksessa keskenään. Esimerkiksi eloperäisen aineksen määrä eli pellon multavuus vaikuttaa merkittävästi maan biologisiin, fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin(5).

Maaperän biologiset ominaisuudet

Maassa vaikuttavia biologisia tekijöitä ovat muun muassa kasvien juuret ja juurieritteet, maaperäeläimet, mikrobit eli pieneliöt ja eloperäinen aines. Pääosin kasvit, mutta myös eläimet tuottavat maahan eloperäistä ainesta, jota maaperäeliöt muokkaavat ja hajottavat.

Biologiset tekijät tekevät maan ylimmästä osasta elävää ruokamultaa. Maaperän biologiset ominaisuudet ovat seurausta elävien eliöiden toiminnasta.

Maaperäeliöillä on muutamia perustarpeita: suoja, ruoka, vesi, happi ja tila. Maaperässä eliöt ovat suojassa esimerkiksi lämpötilavaihteluilta ja kuivuudelta, pienissä huokosissa suojassa suuremmilta saalistajilta ja bakteerit hiukkaspinnoilla suojassa huuhtoutumiselta. Ravintoa eliöt saavat eloperäisestä aineksesta.

Riittävä kosteus on välttämätöntä kaikille eliöille, mutta liika märkyys voi johtaa hapettomuuteen, josta eliöt kärsivät. Tila mahdollistaa sekä veden että ilman liikkumisen maassa, mutta on välttämätöntä myös eliöille. Tiiviissä maassa ei ole kasvien juurille tilaa kasvaa, jolloin juuriston kehitys häiriintyy. Kun perustarpeet ovat kunnossa, antavat maan biologiset tekijät vastineeksi kasvukuntoa, murukestävyyttä, ravinnehuoltoa, hyvää maan rakennetta, kasvien terveyttä ja hiilensidontaa.

Kasvien kasvun sekä hiilen varastoitumisen kannalta tärkeässä roolissa on eloperäinen aines, joka koostuu hajoavista kasvien ja eläinten jäänteistä, elävistä ja kuolleista mikrobeista.

Eloperäisen aineksen pitoisuutta voidaan perustellusti pitää maaperän keskeisimpänä ominaisuutena, sillä se kohentaa viljelyominaisuuksia parantamalla maan rakennetta, ravinteiden pidättymistä, kykyä toimia puskurina pH:n muutoksia vastaan sekä veden läpäisy- ja pidättymisominaisuuksia.

Kuva 4. Eloperäisen aineksen vaikutus. Kuva lähteen 10 mukaan.

Eloperäisellä aineksella on keskeinen asema uudistavassa maanviljelyssä, jossa tavoitteena on parantaa maan toimintakykyä ja kasvukuntoa. Koska eloperäinen aines pidättää vettä useita kertoja painonsa verran, se ehkäisee kuivuutta sekä tasaa lämpötilavaihteluja. Hyvä vedenläpäisykyky puolestaan vähentää liettymistä ja eroosiota. Runsaasti eloperäistä ainesta sisältävä, hyvässä kasvukunnossa oleva ja biologisesti aktiivinen peltomaa tarjoaa oivalliset työolosuhteet paitsi viljelijälle, myös pieneliöille ja erilaisille lieroille, madoille ja niveljalkaisille. Biologiset tekijät tekevätkin maan ylimmästä osasta elävää ruokamultaa.

Kuva 5. Lierot ovat näkyvin osa maaperäeliöiden kirjavasta joukosta. Niiden esiintymistä peltomaalla kannattaa tarkkailla, sillä lierojen määrä kertoo maan kasvukunnosta. Kuva: Eliisa Malin.

Pellon eloperäisen aineksen määrän lisäämiseen on erilaisia keinoja. Yksi keino on hyödyntää erilaisia kasvimassoja kuten viherlannoitusnurmea tai peltoon lisättäviä vihermassoja. Vaihtoehtoisesti peltoon voidaan lisätä myös kotieläinten lantaa tuoreena ja jalostettuna, sekä maanparannusaineita. Näitä ovat esimerkiksi kompostit sekä paperi- ja selluteollisuuden sivutuotteet. Myös nurmet, syvä- ja runsasjuuriset kasvit, aluskasvit ja suunnitelmallinen viljelykierto lisäävät eloperäisen aineksen määrää peltomaassa.

On tärkeää huolehtia eloperäisen aineksen säilymisestä maaperässä. Näin voidaan hillitä eloperäisen aineksen hajoamista hiilidioksidiksi.

Kuuntele Tuomas Mattilan luento maan biologisesta viljavuudesta.

Case study

Hiili-typpisuhde vaikuttaa typen vapautumiseen

Viljelysmaan luontainen hiili-typpisuhde on yleensä 10–16:1. Myös maaperän pienet työläiset tarvitsevat hiiltä ja typpeä tietyssä suhteessa, kun ne hajottavat eloperäistä ainesta.

Maahan tulevan eloperäisen aineksen hiili-typpisuhde vaikuttaa eloperäisen aineksen hajoamiseen, sillä maaperäeliöt käyttävät hiiltä energiantuotannossaan ja typpeä solujensa rakennusaineena.

Pieneliöt tarvitsevat hiiltä 25-kertaisesti typen määrään verrattuna. Mikäli hiiltä on enemmän suhteessa typpeen, typpeä sitoutuu pieneliöihin ja sitä vapautuu kasvien käyttöön viiveellä. Mikäli hiiltä on vähemmän, typpeä voi vapautua yli pieneliöiden tarpeen, jolloin se voi tulla kasvien käyttöön tai vapautua maaperään, josta se voi huuhtoutua vesistöihin tai vapautua ilmakehään.

Kuva 6. Multavuuden nosto vaikuttaa myönteisesti kasvien käyttöön vapautuvan typen määrään. Kuva lähteestä 11.

Maaperäeliöt ovat ilmaista työvoimaa

Saappaanjäljen alla elää lukematon määrä maaperäeliöitä, joista osa on silmin havaittavia ja osa mikroskooppisen pieniä. Suurempia eliöitä edustavat esimerkiksi lierot, hämähäkit ja siirat, kun taas näkymätöntä – mutta erittäin runsaslukuista – eliökuntaa edustavat erilaiset alkueläimet, sienet ja bakteerit.

Kuva 7. Kuvassa 42 kokoisen saappaanjäljen alta löytyvien maaperäeläinten kappalemääriä. Kuva lähteestä 12.

Maaperäeliöt elävät maan eri kerroksissa ja liikkuvat eri tavoin. Kastelierot kaivautuvat niin syvälle kuin mielivät, jalalliset eliöt kulkevat siellä, missä maamurujen välissä on niille tilaa, ja yksisoluiset sekä esimerkiksi sukkulamadot uivat maavedessä. Vaikka maaperän eliötoiminta on vilkkainta muutamien senttien pintakerroksessa, löytyy elämää myös syvemmältä, metrien ja jopa kilometrien syvyydestä(6). Tutustu tarkemmin erilaisiin eliöihin Maaperän eliöitä -artikkelissa.​

Maan näkymättömistä työläisistä runsaslukuisimpia ovat yksisoluiset bakteerit, bakteereja muistuttavat arkeonit, rihmamaiset mikrosienet ja yksisoluiset sienet eli hiivat. Eräät sienet voivat muodostaa joidenkin kasvien kanssa mykorritsan eli sienijuuren, jonka merkitys kasveille ja maaperän elämälle on erittäin suuri. Kasvi ja sieni elävät symbioosissa sienijuuren ansiosta: sienet irrottavat, keräävät ja kuljettavat ravinteita tehokkaasti ja saavat vastineeksi kasvilta yhteytystuotteita. Sienijuuri tekee kasvin juuristosta tehokkaamman ja laajemman(13).

Maaperän eliöt ovat tärkeitä paitsi eläessään, myös kuoltuaan. Tutkimuksissa on havaittu, että kuollut sieni- ja bakteerimassa muodostavat merkittävän osan maaperän pysyvästä hiilestä ja näiden tulosten perusteella on esitetty, että maassa toimii niin kutsuttu mikrobihiilipumppu, joka hajottaa eloperäistä ainesta ja edistää hiilen varastoitumista(14).

Mä olen koutsi ja pellot on mun joukkueen pelaajia.

– Maanviljelijä Tommi Hasu, Luomu Mattisen tila, Kouvola

Kuva 8. Kouvolassa LuomuMattisen tilaa viljelevä Tommi Hasu on tottunut tarkastelemaan peltojensa kuntoa säännöllisesti. Kuva: Eliisa Malin.

Kuuntele lisää Tommin ajatuksia Carbolla on asiaa -podcastista.​

Monimuotoinen eliöstö muodostaa tiiviin vuorovaikutusverkoston, maaperän ravintoverkon, jossa energia ja ravinteet kiertävät. Jokaisella lajilla on verkossa oma tehtävänsä. Yhdessä ne muokkaavat maata ja parantavat samalla sen rakennetta, varastoivat hiiltä sekä vapauttavat ravinteita kasvien käyttöön. Lisäksi maaperäeliöiden monimuotoisuus ja runsaslukuisuus auttavat pitämään loitolla kasvitauteja ja tuholaisia.

Kuva 9. Maaperän ravintoverkko.

Maaperän ravintoverkkoa voisi verrata planeettamme ekosysteemin toimintaan. Kummassakin kaikkien osien tulee olla tasapainossa, jotta elintärkeät prosessit pysyvät käynnissä häiriöttömästi. Mikäli jokin osa joutuu epätasapainoon, alkaa ilmetä ongelmia, jotka vaikuttavat kauaskantoisesti kaikkeen.

Jos esimerkiksi sukkulamatojen elinolosuhteet yksipuolistuvat, ankeroiset eli juurtentuhoojamadot pääsevät kasvattamaan populaatiotaan liian suureksi. Tällöin viljelijälle voi koitua suuria tappioita – maailmanlaajuisesti sadot saattavat kärsiä jopa sadan miljardin euron verran. Monipuolistamalla viljelykiertoa sekä tukemalla sukkulamatojen lajirunsautta petosukkulamadot pitävät juurensyöjät kurissa, jolloin vehnät, mansikat ja perunat säästyvät.(15)

Kuva 10. Maaperän eliöstön tehtävät. Kuva lähteen 10 mukaan.

Maaperän monimuotoinen eliöstö on keskeinen tekijä ilmastonmuutoksen hillinnässä ja siihen sopeutumisessa. Se auttaa parantamaan pellon kasvukuntoa ja näin ollen sitomaan hiiltä, torjumaan eroosiota ja lisäämään satovarmuutta. Viljelijän ensisijainen tehtävä onkin toimia ilmaisen työvoimansa eli maaperän eliöstön reiluna ja viisaana hoitajana. Maan viljelijänä.

Maaperäeliöt kierrättävät kasvi- ja eläinjätteisiin sitoutuneet aineet takaisin luonnon kiertokulkuun. Kun eliöstö muokkaa ja hajottaa eloperäistä ainesta, sen ominaisuudet muuttuvat ja siihen sitoutuneita ravinteita vapautuu kasvien käyttöön.

Maaperäeliöt möyhentävät, kuljettavat, pilkkovat ja käyttävät ravintonaan hajoavaa ainesta. Esimerkiksi lierot voivat tuottaa madonlantaa vuosittain jopa kymmeniä tonneja hehtaarin alalla – täysin ilmaiseksi. Määrä vastaa muutamien millimetrien kerrosta ravinteikasta peltomaata.

Bakteerit ja sienet erittävät lima-aineita, jotka lujittavat maan mururakennetta.

Maaperän eliöiden muokkaama eloperäinen aines voi pidättyä maahiukkasten pinnoille(14). Hiukkaspinnoille pidättynyt eloperäinen aines sitoo maahiukkasia yhteen ja edistää maamurujen muodostumista. Maamurujen sisään jäävä eloperäinen aines on suojassa hajotuksen jatkumiselta. Lisäksi eliöiden biologinen aktiivisuus säätelee kasvihuonekaasujen muodostumista ja eloperäisen aineksen säilymistä maaperässä(16).

Mikrobibiomassan lisääntyminen edistää hiilen sitoutumista maaperään, sillä maan pysyvän hiilen on todettu koostuvan nimenomaan mineraaliaineksen pinnoilla olevasta ja maamurujen sisään hajotukselta suojautuneesta kuolleesta mikrobibiomassasta(4).

Kuva 11. Toimiva pellon pieneliöstö hajottaa orgaanisen aineksen nopeasti. Tässä maaperäeliöiden aktiivisuutta on testattu hautaamalla puuvillakalsarit peltoon muutaman viikon ajaksi. Kuva: Eliisa Malin.

Mykorritsat eli sienijuuret toimivat kasvien apuna maan kasvukunnon kehittämisessä. Sienijuuret muodostavat kasvin ja sienen välille molempia osapuolia sopivissa olosuhteissa hyödyttävän symbioosin. Suomen peltomaissa sienijuurisienet ovat pääasiassa keräsieniä, mutta niiden määrä ja lajisto vaihtelevat.

Sienijuuren toiminta riippuu olosuhteista. Useimmat kasvit luovat symbioosin sienen kanssa siten, että sienirihmat kasvavat kasvien juuriin sekä juurisolujen sisälle ja väleihin. Sieni saa kasvilta ravinnokseen yhteyttämistuotteita. Sienten rihmastot laajentavat kasvien juuristoja kasvamalla juurikarvoja kauemmas ja pääsemällä käsiksi pienempiin huokosiin kuin juurikarvat. Tämä tehostaa kasvin ravinteiden- ja vedenottokykyä.

Kuva 12. Kuva lähteen 16 mukaan.

Sienet irrottavat maaperästä esimerkiksi fosforia, joka on monesti kasveille liukenemattomassa muodossa, ja muuttavat sitä käyttökelpoiseen muotoon. Sienten rihmasto kuljettaa kasveille useita muitakin ravinteita, kuten magnesiumia, sinkkiä, kuparia, kalsiumia, rautaa sekä vettä. Vaihtokaupassa kasvit antavat sienille ravinnoksi yhteyttämisessä syntyneitä hiilihydraatteja. Sienijuuri voi myös suojata kasvia stressitekijöiltä, kuten kuivuudelta, maan happamuudelta, taudeilta, tuholaisilta ja raskasmetalleilta.

On arvioitu, että kaikista kasveista yli 90 prosenttia muodostaa sienijuuren. Viljelykasveista sienijuuri puuttuu lähinnä vain ristikukkaisilta ja savikkakasveilta. Erityisesti typensitojakasvit ovat tehokkaita sienijuurisymbioosien muodostajia.

Mykorritsasieniä on kahdenlaisia: ulkoisia ektomykorritsoja, ja kasvin juuren sisään kasvavia endomykorritsoja. Endomykorritsasienten pintaansa erittämät lima-aineet toimivat liiman tavoin: ne sitovat maapartikkeleita, orgaanista ainesta, kasvinjäänteitä, bakteereja ja sieniä muruiksi.(16)

Sienet ovat tärkeässä roolissa myös ruokamullan muodostumisessa. Hajottajasienet eli saprofyytit ovat osa maan ravintoverkon kiertokulkua. Maan tiivistyminen sekä sen häiritseminen muokkaamalla tai kemiallisesti haittaavat hyödyllisten sienten kasvua ja antavat tilaa maassa kasvaville taudinaiheuttajille. Hyväkuntoisessa maassa on runsaasti erilaisia mikrobeja, kuten bakteereja, sieniä, arkeoneja ja alkueläimiä. Niiden ansiosta kasvipatogeeneille jää vähemmän elintilaa ja kilpailu on kovaa. Tämä vähentää kemiallisen kasvinsuojelun tarvetta.(16)

Maaperän fysikaaliset ominaisuudet

Maaperän fysikaalisiin ominaisuuksiin vaikuttavat ennen kaikkea maan lajitekoostumus ja maan rakenne. Lajitekoostumus kuvaa maan kivennäisaineksen jakautumista hiukkaskokoluokkiin eli lajitteisiin (Taulukko 1).

Taulukko 1. Maalajitteiden luokittelu ja lajitteiden nimitykset.

Maan rakenne muodostuu kiintoaineksen eli kivennäisaineksen ja eloperäisen aineksen järjestäytymisestä erilaisiksi rakenteiksi sekä niiden väleihin jäävästä huokostilasta.

Maan pienimmät hiukkaset kuuluvat savekseen eli läpimitaltaan alle 0,002 millimetrin hiukkasiin. Saveksella on huomattavasti vaikutusta moniin maan ominaisuuksiin, kuten veden ja ravinteiden pidättymiseen sekä hiilen varastoitumiseen. Vaikutukset perustuvat erityisesti hiukkasten pieneen kokoon, mutta myös reaktiivisiin pintoihin.

Maan rakenteen muodostumisessa erikokoiset maahiukkaset ovat rakennuspalikoita, joista yhdessä eloperäisen aineksen, juurten, bakteerien ja sienirihmojen sekä näiden erittämien lima-aineiden kanssa muodostuu maamuruja. Maan savespitoisuudella on vaikutusta kestävän mururakenteen muodostumiseen, erityisesti karkeilla ja eloperäisillä mailla, joilla murujen muodostuminen on löyhää(19).

Suomessa maalajit ja ilmasto-olosuhteet ovat erilaisia eri puolilla maata ja vaikuttavat luonnollisesti myös viljelijän tekemiin valintoihin. Esimerkiksi savi- ja hiesumaat tiivistyvät herkästi, ja tiivistymien korjaaminen voi olla vaikeaa. Tiivistymät myös heikentävät maan vesitaloutta, kasvukuntoa ja biologista aktiivisuutta.

Kuva 13. Peltojen pintamaan vallitseva maalaji Viljavuuspalvelun vuosien 2011–2015 tulosaineistossa (tuloslaari.fi) ja turvemaiden osuus vuosien 2005–2009 tulosaineistossa(20). Suomen peltojen yleisin maalaji on kivennäismaa, mutta pohjoiseen mentäessä eloperäiset maat yleistyvät.

Maalajien luokittelu ja viljelyominaisuudet

Kivennäismaat nimetään lajitekoostumuksen mukaan. Lajitteet ovat kivennäishiukkasten kokoluokkia (taulukko 1). Eloperäisten maiden luokitus perustuu eloperäisen aineksen määrään ja laatuun.

Ennen lajitekoostumuksen tarkastelua kivennäismaat erotellaan lajittumattomiin ja lajittuneisiin maalajeihin. Moreeni, Suomen yleisin maalaji, on lajittumaton maalaji eli se sisältää kaikkia tai lähes kaikkia lajitteita sekaisin. Lajittuneet maalajit luokitellaan lajitekoostumuksen mukaan karkeisiin maalajeihin, joita ovat sora, hiekka ja karkea hieta, sekä hienojakoisiin maalajeihin, joita ovat hieno hieta, hiesu ja savi.

Eloperäisiä maita ovat maat, joiden multavuus eli eloperäisen aineksen pitoisuus on yli 20 prosenttia. Turvemaiksi luokitellaan eloperäiset maat, joiden eloperäisen aineksen pitoisuus on yli 40 prosenttia.

Viljavuuspalvelu määrittelee maalajin aistinvaraisesti. Tarkempaa määrittelyä varten on tehtävä laboratoriossa mekaaninen maa-analyysi ja määrittää maalaji käyttäen maalajikolmiota.

Kuva 14. Suomalaisten maalajien nimeämisessä käytetty maalajikolmio. Maanäytteestä on ensin määritettävä lajitekoostumus mekaanisella maa-analyysillä. Maalajin määritys aloitetaan saveksen pitoisuutta osoittavalta sivulta. Kolmiosta huomataan, että jo 30 % savesta riittää määrittämän maalajin savimaaksi. Kuva lähteen 5 mukaan.

Maalajien viljelyominaisuudet:

Hiekka ja hiedat ovat ilmavia ja löyhiä, mutta pidättävät heikosti ravinteita ja vettä. Hiekkamailla on puutetta ravinteista, ja ne ovat alttiita kuivuudelle. Hiekkamaa ei roudi. Se kuivuu helposti, ja veden kapillaarinen nousu on siinä heikkoa. Sen sijaan hieta soveltuu fysikaalisilta ominaisuuksiltaan kasvintuotantoon hyvin. Erityisesti hienolle hiedalle on ominaista veden kapillaarinen nousu. Veden kapillaarisella nousulla tarkoitetaan ilmiötä, jossa veden sitoutuminen huokosten seinämiin nostaa vettä pohjavesivyöhykkeestä maan pintaa kohti.

Hiue erotetaan omaksi maalajiksi maataloudellisessa luokituksessa. Sille ei ole vastaavaa lajitetta vaan se jää hiukkaskoostumukseltaan hiesun ja hiedan väliin. Veden kapillaarinen nousu on nopeaa.

Hiesun fysikaaliset ominaisuudet ovat kasvintuotannon kannalta huonot. Hiesumaa liettyy ja kuorettuu herkästi, mikä haittaa kasvien taimettumista. Hiesu on huomattavasti herkempi eroosiolle kuin hiekkaa ja savea sisältävät maalajit. Hiesumaan kestävä mururakenne vähentää liettymis- ja kuorettumisriskiä. Hiesumaahan muodostuu pieniä huokosia, jotka pidättävät vettä ja hidastavat veden huuhtoutumista.

Savimaan savipartikkeleilla on suuri ominaispinta-alaa ja paljon pidättäviä pintoja, joihin vesi, ravinteet ja eloperäinen aines voivat pidättyä. Vesi ja ilma liikkuvat savimaassa hitaasti, koska savipartikkeleiden väliin jäävät huokoset ovat pieniä ja niiden muodostama huokosto monimutkainen. Kun savipartikkelit yhdistyvät maamuruiksi, maan rakenteesta tulee löyhempi, mikä parantaa veden ja ilman liikkumista maassa.

Eloperäiset maat ovat muodostuneet, kun kasviaineksen hajotus on ollut olosuhteitten takia hitaampaa kuin kasviaineksen kertyminen. Tyypillisiä rajoittavia tekijöitä ovat märkyys ja kylmyys. Eloperäisiltä mailta vapautuu tonneittain hiiltä vuodessa, kun niihin vuosituhansien aikana kertynyt eloperäinen aines hajoaa maankäytön takia.

Maan fysikaalinen viljavuus tarkoittaa sitä, millainen rakenne maassa on ja kuinka pellon happi- ja vesitalous toimii.

Maan fysikaalisen viljavuuden ongelmat ilmenevät usein kemiallisen viljavuuden ongelmina eli ravinnepuutoksina. Kasvit eivät esimerkiksi saa riittävästi ravinteita, koska maa on tiivistynyt tai kuivatuksessa on ongelmia.(21)

Kuva 15. Maan fysikaalisesta kasvukunnosta saa helpoiten tietoa havainnoimalla pintamaata ja kasvillisuutta, kaivamalla kuoppia ja arvioimalla maata muutenkin aistinvaraisesti. Aistinvaraiset menetelmät ovat tärkeä tapa tarkastella omia peltoja, sillä niiden avulla saadaan nopeasti tietoa maan kasvukunnosta peltolohkoittain. Aistinvaraisen havainnoinnin keinoin voidaan tunnistaa vesitalouden ja maan rakenteen ongelmia ja jopa luokitella peltolohkoja. Tulosten myötä on myös helpompi pohtia, onko tarkemmille mittauksille tarvetta. Kuva: Eliisa Malin.

Maaperän kemialliset ominaisuudet

Maaperässä tapahtuu kemiallisia reaktioita eri alkuaineiden välillä. Kemia onkin hyvin tärkeässä osassa maaperän ominaisuuksista puhuttaessa, sillä esimerkiksi ravinteet ovat alkuaineita.

Kallioperä on muodostunut erilaisista kivilajeista. Kivilajit taas koostuvat erilaisista mineraaleista, jotka ovat maaperän lähtöainesta. Kun kiviaines hienontuu mekaanisesti, puhutaan fysikaalisesta rapautumisesta. Kun mineraalien kemiallinen koostumus muuttuu, kyse on kemiallisesta rapautumisesta. Rapautumisen seurauksena syntyviä mineraaleja kutsutaan savimineraaleiksi. Maaperän mineraaleja kutsutaan myös kivennäisainekseksi.

Kullakin mineraalilla on omanlaisensa kemiallinen koostumus. Siten maassa esiintyvien mineraalien määrä ja laatu vaikuttavat muihin maan ominaisuuksiin. Mineraaleista vapautuu maahan ioneja, joita kasvit käyttävät ravinteina. Näin mineraalit vaikuttavat suoraan maan viljavuuteen. Suomen kallioperä koostuu pääosin happamista kivilajeista, joten maaperämme on luonnostaan hapanta.

Mineraalien kemiallinen koostumus määrittää myös sen, millaisia reaktioita niiden pinnoilla tapahtuu. Maaperän tärkeimpiä reaktioita ovat ravinteiden pidättyminen hiukkasten pinnoille. Pidättymispaikkojen tyyppi ja määrä määrittävät maan kyvyn varastoida lannoitteista ja eloperäisestä aineksesta vapautuvia ravinteita.

Kuva 16. Lapiollinen eloperäistä maata. Kuva: Soja Sädeharju.

Kationinvaihtokapasiteetti kertoo maan kyvystä pidättää ja luovuttaa ravinteita. Mitä hienojakoisempaa maa on, sitä enemmän ravinteille on pidättymispaikkoja. Myös eloperäisen aineksen määrä lisää kationinvaihtokapasiteettia. Runsasmultainen maaperä onkin kuin ravinteilla ladattu akku.

Maan kemiallista viljavuutta voidaan selvittää viljavuusanalyyseillä ja kationinvaihtokapasiteetista kertovalla laskurilla. Laskuriin pääset tästä.

Viljavuutta tutkittaessa ei kannata säästää jalkoja eikä rahaa, sillä parhaan ja informatiivisimman tuloksen saa keräämällä maanäytteet huolellisesti – osanäytteissä säästämättä.

Yleensä perustutkimusta kannattaa täydentää kattavalla hivenravinteiden ja hehkutushäviön määrityksellä. Hehkutushäviö kertoo maan eloperäisen aineksen määrän. Halutessaan voi määrittää myös varastoravinteiden tilanteen pinta- ja pohjamaassa.

Perehdy maan kemiallisen viljavuuden hoitoon SYKE:n tutkija ja maanviljelijä Tuomas Mattilan OSMO-hankkeesta tehtyjen videoiden avulla.

Kuva 17. Kationinvaihtokapasiteetti. Kuva lähteen 22 mukaan.

Kationit ovat positiivisesti varautuneita ioneja ja anionit negatiivisesti varautuneita ioneja. Ionit pidättyvät maahiukkasten pinnoille sähköisin vetovoimin. Maaperässä esiintyviä kationeja ovat esimerkiksi kalsium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺) ja kalium (K⁺). Ne ovat kaikki kasvinravitsemuksen kannalta merkittäviä alkuaineita. Maaperän yleisin kationi on kalsium, joka osallistuu maan rakenteen ylläpitoon.

Kationinvaihtokapasiteetti auttaa ymmärtämään myös maan happamoitumista. Kun maa happamoituu, vetyionit syrjäyttävät hiukkaspintojen ravinnekationit. Tällöin ravinnekationit altistuvat huuhtoutumiselle eivätkä kasvit pääse enää hyödyntämään niitä.

Kuva 18. Kuva lähteen 23 mukaan.

Maan happamuus on ehkä tutuin maan kemiallisista ominaisuuksista. Se säätelee maassa tapahtuvia reaktioita ja muita maan ominaisuuksia sekä niiden välisiä suhteita. Maan happamuutta voidaan kuvata maan pH:lla, joka on helppo mitata laboratoriossa tai vaikka apteekeista ja puutarhamyymälöistä saatavilla pH-liuskoilla.

Kuva 19. Yksinkertaistettu malli maan happamuuteen vaikuttavista tekijöistä. Ottaessaan maasta ravinteita kasvien täytyy erittää samanmerkkisiä ioneja sähköisen tasapainon ylläpitämiseksi. Kun kasvit ottavat maasta kationimuotoisia ravinteita ja erittävät vastavuoroisesti positiivisesti varautuneita vetyioneja (H⁺), maahan kertyy happamuutta ja pH laskee. Osa kationeista poistuu maasta lopullisesti sadonkorjuun myötä. Toisaalta osa kationeista voi palautua maahan kasvinjäänteiden mukana. Maan happamuutta vähennetään eli pH:ta nostetaan erityisesti kalkitusaineilla. Kalkitusaineista vapautuu hydroksidi-ioneja (OH⁻), jotka neutraloivat H⁺-ioneja kemiallisella reaktiolla, jossa muodostuu vesimolekyyli, H₂O. Kuva lähteen 31 mukaan.

Maan happamuuteen vaikuttavat monet eri tekijät. Esimerkiksi kasvien juurten kationienotto ja mikrobien ja juurten hengitys lisäävät maan happamuutta. Kalkitusaineiden ja orgaanisen aineksen lisääminen taas vähentää maan happamuutta.

Ihannetilanteessa viljelysmaan pH on kivennäismailla ja multamailla 6,1–6,5 ja turvemailla 5,5 eli lievästi hapan. Liiallinen happamuus lisää joidenkin ravinteiden huuhtoutumista ja heikentää siten maan viljavuutta. Toiset kasviravinteet taas ovat valikoivia pH:n suhteen. Jos pH ei ole sopiva, ne eivät irtoa hiukkaspinnoilta kasvien käyttöön.

Happamuus säätelee myös maan biologisia prosesseja. Sienet viihtyvät bakteereita paremmin happamissa olosuhteissa, mikä hidastaa ravinteiden vapautumista eloperäisestä aineksesta. Lisäksi happamuus heikentää biologista typensidontaa ja niiden bakteerien toimintaa, jotka tuottavat mururakennetta ylläpitäviä lima-aineita.