Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Ekosysteemiekologia 3: Maaperän fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia…
Ekosysteemiekologia 3:
Maaperän fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia
Maan koostumus: Koostuu eri kokoisten hiukkasten keskinäisistä ryhmittymistä ja niiden muodostamista, erikokoisista huokkosista (kiinteä aines, neste, kaasut, orgaaninen aines, kasvien juuret)
Maa on monimuotoinen systeemi
Olosuhteiden paikallista vaihtelua: Faasista toiseen (neste-kaasu, Faasin sisäosien välillä (mikrosaitit) ja pinnoilla.
Maaperä on heterogeeninen, monimuotoinen, huokoinen systeemi
Kasvillisuuden vaikutus
suuri vuorovaikutuksellinen pinta-ala
Maannäytteenotto analyysejä varten:
Mitä halutaan selvittää?
Maannoksien kerrokset
Maalaji
Maatalousmaa - muokkauskerros
metsämaa - puiden juuret, topografia
Orgaaninen aines ja maapartikkelit voivat muodostaa aggregaatteja
Pidätyskyky on kokrea hienojakoisilla ja paljon eloperäistä ainesta sisältävillä mailla, kun tas karkeilta mailta ravinteet huuhtoutuvat helposti, raekoko määrää!
Maan fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia ja niiden määrittäminen
Orgaanisen aineen ja hiilen määrittäminen maasta
Liuennen orgaanisen hiilen pitoisuus (DOC)
Aistivarainen menetelmä viljavuusanalyysissä
organanisen hiilen kokonaispitoisuus (alkuaineanalysaattori). Mikäli maanäyte sisältää epäorgaanista hiiltä (esim karbonaatti) niin tehtävä happokäsittely
Hehkutushäviö
Mikrobibiomassan hiili
Orgaanisen aineksen mineraloituvuutta (ravinteisuus) kuvaa hiili-typpi suhde C/N
Maannäytteenotto analyysejä varten
Tiheys. Kiintotiheydellä tarkoitetaan kiinteän maa-aineksen massan suhdetta sen tilavuuteen. Kiintotiheys on suhteellisen vakio
Maa-aineksen irtotiheys (Bulk density)
on labiili (tiheys voi muuttua herkästi). Kyseiseen asiaan vaikuttaa
Muokkaus
Tiivistyminen
Turpoaminen, kutistuminen
Irtotiheys on yleensä kuiva-aineen tiheys tilavuudessa
Tarvitaan esitettäessä ainemääriä, esim g p Cm-3 tietyn paksuisessa maakerroksessa
Kiintotiheys, ainestiheys (partikkelitiheys, particle density
Maa-aineksen tilavuus (Vs) voidaan määrittää pyknometrillä
Punnittu lasiastia täytetään esim vedellä ja tutkitavalla aineella, ja sitten punnitaan uudestaan.
Maan huokoisuus (porosity)
Ilman tai veden täyttämä osuus maasta
Vaihtelee 30-60%
raemuoto vaikuttaa mm. huokoisuuteen
Raemuoto riippuu emäkalloion rakenteesta (mineraali) ja kuluttavista prosesseista.
aggregaatit eli murut vaikuttavat maan ominaisuuksiin.
Tillage can change soil structure
Maan kiintoaines muodostaa rakenteen rungon - hiukkasten ja murujen välissä, sisällä huokosia - murujen koko, muoto ja kestävyys vaihtelee
Maan rakenne viljelymailla: Vaikuttaa viljavuuteen. Aggregaatit/massiivinen maa (savimailla murut edellytys viljelykäyttöön) - mururakenne kehittyy esim. monivuotisen nurmen viljelyssä
Vedellä/ilmalla täyttänyt huokostila
Kokonaishuokostila
Esimerkkejä huokostilavuudesta peltomaissa
Maan kosteus, vesi maaperässä
Veden esiintyminen maaperässä
Kapilaarivesi
Vedenpidättävyyskyky
Vettä pidättävä voima, matriisipotenttiaali
Adsorptiovoima
Kapillaarivoima
Kapilarien nousu ja huokoskoko
Nostava voima on pintajännitys
Kapilaarivoiman ansiosta vesi nousee pohjaveden yläpuolelle
Maan rakenne, raekoostumus vaikuttaa routivuuteen
Kuivapaino, gravimetrinen kosteus
Kuivapaino vaihtelee kosteusstatuksen mukaan 20-95%
Gravimetrinen kosteus. Vaihtelee kosteusstatuksen mukaan 5-1100%
Tuore maa punnitaan --> kuivatetaan --> punnitaan uudestaan. Lasketaan tästä haihtuneen veden määrä.
Volumetrinen kosteus
Voidaan laskea tilavuuuspainon ja gravimetrisen kosteuden avulla tai mitata maasta suoraan
Anturi mittaa maaperän sähkövirran vastustuskykyä. Kun maaperä on kuiva, sillä on korkea sähkövirran vastustuskyky. Kun maaperän kosteus kasvaa, johtavuus tai sähkövastus pienee
Maaveden potenttiaali ja pF-arvo --> pF käyrä
Vedenottoon tarvitaan energiaa. Energia joka tarvitaan kosteuden (veden) poistamiseen kasvaa eksponentiaalisesti vesipitoisuuden laskiessa lineaarisesti
Kenttäkapasiteetti = maksimaalinen vedenpidätys
Wilting point
Vesipitoisuus jossa kasvi lakastuu. Kasvin vedenotto tyrehtyy pf 4.2
Kasveille käyttökelpoinen vesi
Luonnonolosuhteissa kuivaksi valunut maa (pf 1.8-2.2), maaveteen kohdistuva paine on sama kuin ilmanpaine
Vajovesi
Hygroskooppinen vesi
Elektrostaattisten voimien ansiost maahiukkasten pinnalle sitoutunut vesi. Ei kasvien hyödynnettävissä.
Adsoptiovesi
Maahiukkasten -ja vesimolekyylien välisten veto- ja kiinnitysvoimien vaikutuksesta maarakeiden pinnalle tarttunut vesi, n 10-20 molekyyliä paksu kerros
Suhteessa kuiva-aineeseen (gravimetrinen kosteus)
Kokonaismassan vesipitoisuus
Tilavuuteen, veden tilavuussuhde partikkelitilavuuteen
vedenpidätyskyky
vedellä täyttynyt huokostila
Vesipotenttiaali
Maan lämpötila
Luontaisia lähteitä:
Auringonvalo
mikrobimetabolia
Geoterminen lämpö
Ihmistoiminta
Lämpötilakerrostuneisuus -- Maalajiriippuvainen, vuodenaikaisvaihtelu, lumipeitteen vaikutus
pH. Suomen maaperä luontaisesti hapan. Metsämaa pH 3.8 -5.5 karut kankaat - lehdot
ph alhaisin humuskerroksessa, nousee alempana. pH:ssa on paljon orgaanista ainesta.
Happamuus vaikuttaa:
Kemialliset reaktiot
Rapautuminen
Biokemialliset reaktiot
Mikrobien lajikoostumus
Lannoituksen vaikutus
Ammoniumtyppeä sisältävien lannoitteiden happamoittava vaikutus
Perustuu siihen, että nitfikaation yhteydessä vapautuu vetyioneja
Typpikilon happamoittavan vaikutuksen neutraloimiseksi tarvitaan kaksi kiloa kalkkia
Happamat sulfaattimaat
Maaperässä luonnollisesti esiintyviä rikkipitoisia sedimenttejä (sulfidisedimenttejä), joista seuraa hapettumisen seruauksena happamuuttua ja haitallisia metalleja maaperään ja vesistöihin.
Pintavesien kemiallisen ja ekologisen tilan heikkeneminen
pH:n mittaus maasta:
Maan sähkönjohtokyky
Mittayksikkö
pH on vetyionikonsentraation negatiivinen logaritmi
Huono vastustuskyky happamoitumusta vastaan. Rikkilaskeuma, typpilannoitus, ravinteidenotto lisäävät happamuutta
Happamat sulfaattimaat rannikolla
Kalkitus (peltomaat). Kasvien ravinteidensaanti helpottuu, peltomaiden pH korkeampi kuin metsissä
Kasvien pH vaatimukset vaihtelevat
Viljelykasvit ja pienelilöt viihtyvät yleensä parhaiten pH-arvon ollessa 6,0-7,0
Maan väri. Saattaa kertoa orgaanisen aineen määrästä. Orgaaninen aines tummaa, hyvin vaaleassa maassa vähän orgaanista ainesta
Ioninvaihto maaperässä. Prosessi, jossa liuoksessa olevat ionit, kationit tai anionit, vaihdetaan kiinteän matriisin sisältämiin anioneihin tai kationeihin
Lannoituksen ja partikkelikoon vaikutus ravinteisiin maassa
Kationinvaihto (+)
Kationinvaihtopaikat
Maan tärkeimpiä ominaisuuksia, kyky pidättää kationeja vaihtuvaan, kasveille käyttökelpoiseen muotoon
Kalkitus vähentää H+ ioneja, ravinteille jää enemmän kiinnityskohtia.
Anioninvaihto
Maa-aineksella heikko kyky pidättää anioneja. Anionien pidättäytyminen kasvaa happamuuden kasvaessa, eli kalkittaessa anionien pidättäytyminen vähenee
Elektrostaattinen pidättäytyminen
Yhteenveto ravinteiden pidättäytymisestä
Hapetus-pelkistysreaktiot maassa
Vesisuspensiossa olevan kiinteän hiukkasen pinnalle sähköisin voimin kiinnittynyt ioni irtoaa ja luovuttaa paikkansa toiselle, liuenneena olevalle ionille.
Varaukset pääosin negatiivisia, vetävät puoleensa positiivisesti varautuneita ioneja, kationeja.
Maan sähkönjohtokyky
Aineita, jotka hajoavat vesiliuoksessa muodostaen sähköisesti varautuneita hiukkasia eli ioneja, sanotaan elektrolyyteiksi
Mittayksikkö mS/m
Hapetus-Pelkistysreaktiot maassa = Hapettuminen on ilmiö, jossa aine luovuttaa elektroneja ja pelkistymisessä vastaanottaa
Redox-potenttiaali eli pelkistyspotenttiaali on suure, joka mittaa kemiallisen aineen tai ionin taipumusta ottaa vastaan elektrojena ja siten pelkistyä.