Maaperän tekstuuri ja rakenne ovat molemmat maaperän ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat merkittävästi maaperän käyttäytymiseen, kuten vedenpidätyskykyyn, ravinteiden pidättämiseen ja tarjontaan, salaojitukseen ja ravinteiden huuhtoutumiseen.
Maaperän hedelmällisyydessä karkeammilla maalajeilla on yleisesti ottaen vähäisempi kyky pidättää ja varastoida ravinteita kuin hienojakoisemmilla maalajeilla. Tämä kyky kuitenkin heikkenee, kun hienojakoiset maat huuhtoutuvat voimakkaasti kosteissa ympäristöissä.
Maan rakenne
Maan rakenteella on tärkeä merkitys ravinteiden hallinnassa, koska se vaikuttaa ravinteiden pidättymiseen. Esimerkiksi hienojakoisemmilla maalajeilla on yleensä parempi kyky varastoida maaperän ravinteita.
Keskustelussamme maaperän mineraalikoostumuksesta mainitsimme, että maaperän mineraalihiukkaset ovat hyvin erikokoisia. Muistutamme, että hienojakoiseen maa-ainesfraktioon kuuluvat kaikki alle 2 mm:n kokoiset maahiukkaset. Tämän fraktion sisällä olevat maahiukkaset jaetaan edelleen kolmeen erilliseen kokoluokkaan, joihin kuuluvat hiekka, siltti ja savi. Hiekkahiukkasten koko vaihtelee välillä 2,0-0,05 mm, siltin 0,05-0,002 mm ja saven alle 0,002 mm. Huomaa, että savihiukkaset voivat olla yli tuhat kertaa pienempiä kuin hiekkahiukkaset. Tämä kokoero johtuu suurelta osin lähtöaineen tyypistä ja sään vaikutuksesta. Hiekkahiukkaset ovat yleensä primäärisiä mineraaleja, jotka eivät ole juurikaan muuttuneet sään vaikutuksesta. Toisaalta savihiukkaset ovat sekundäärisiä mineraaleja, jotka ovat primaarimineraalien sään vaikutuksesta syntyneitä tuotteita. Säätymisen edetessä maahiukkaset hajoavat ja muuttuvat yhä pienemmiksi.
Tekstuurikolmio
Maaperän tekstuuri on hiekan, siltin tai saven suhteellinen osuus maaperässä. Maaperän tekstuuriluokka on maaperän ryhmittely näiden suhteellisten osuuksien perusteella. Koostumukseltaan hienojakoisimpia maita kutsutaan savimaiksi, kun taas koostumukseltaan karkeimpia maita kutsutaan hiekoiksi. Maaperää, jossa on suhteellisen tasainen sekoitus hiekkaa, silttiä ja savea ja jossa on kunkin ominaispiirteitä, kutsutaan kuitenkin saveksi. On olemassa erilaisia savityyppejä, jotka perustuvat siihen, mitä maaperän erillistä ainesta esiintyy runsaimmin. Jos saven, siltin ja hiekan prosenttiosuudet maaperässä ovat tiedossa (pääasiassa laboratorioanalyysin avulla), voit käyttää tekstuurikolmiota maaperän tekstuuriluokan määrittämiseen.
Kuva 15. Tekstuurikolmio. Tekstuurikolmio kuvaa hiekan, siltin ja saven suhteellisia osuuksia eri maalajeissa.
Lähde: http://soils.usda.gov/technical/manual/print_version/complete.html
Taulukossa 3 esitetään Mauin maaperän tärkeimmät tekstuuriluokat. Kukin taulukossa 3 luetelluista tekstuuriluokista muodostaa hienojakoisen maaperän. Kuten näette, maaperätutkimukset osoittavat, että yli 90 prosenttia Mauin maaperästä on hienojakoista. Tämä johtuu suurelta osin useimpien Havaijin maaperän perusmateriaalista, joka on basaltti. Koska basaltti on hienojakoista kiveä, siitä muodostuu hienojakoista maaperää. Saven suhteellisella määrällä on suuri merkitys maaperässä.
Taulukko 3. Maaperän koostumus. Mauin maaperän tärkeimmät tekstuuriluokat
| Tekstuuriluokka |
Prosenttiosuus Mauin maaperästä, joka kuuluu tärkeimpiin tekstuuriluokkiin. |
|
Siltti savi |
44% |
|
Siltti savi savi |
23% |
|
Siltti savi |
11% |
|
Siltti savi |
10% |
|
Savi |
5% |
Lisää tietoa tekstuurikolmiosta ja maaperän tekstuuriluokituksista, klikkaa alla olevaa North Carolina State Universityn animaatiota:
http://courses.soil.ncsu.edu/resources/physics/texture/soiltexture.swf
Saven ja muiden samankokoisten hiukkasten merkitys
Savihiukkaset sekä muut samankokoiset hiukkaset ovat tärkeitä maaperän osia. On perustavanlaatuinen ero niiden maiden välillä, jotka sisältävät suuria määriä hiekkahiukkasia, ja niiden maiden välillä, jotka sisältävät suuria määriä hyvin pieniä hiukkasia, kuten savea. Tämä ero on pinta-ala. Tietyn savimassan kokonaispinta-ala on yli tuhat kertaa suurempi kuin saman massan hiekkahiukkasten kokonaispinta-ala. Jotta tämä ajatus saataisiin oikeaan perspektiiviin, kuvittele kuutio, jossa on 6 sivua. Tämä kuutio edustaa hiekkahiukkasta. Kuvittele nyt, että hajotat tämän kuution 100 pienempään kuutioon, jotka edustavat 100 savihiukkasta. Näillä 100 kuutiolla on kullakin 6 sivua. Pohjimmiltaan hajottamalla suuremman kuution olet paljastanut paljon enemmän pintoja. Näin ollen pienempien kuutioiden kokonaispinta-ala on paljon suurempi kuin yksittäisen kuution pinta-ala.
Jos haluat tutustua tähän käsitteeseen tarkemmin, katso lyhyt animaatio klikkaamalla seuraavaa linkkiä North Carolina State Universityyn:
http://courses.soil.ncsu.edu/resources/physics/texture/soilgeo.swf
Tällä pinta-alan kasvulla on tärkeä merkitys ravinteiden hallinnassa, koska se tarjoaa maaperän hiukkasille monia paikkoja, joissa ne voivat pidättää ja syöttää ravinteita (kuten kalsiumia, kaliumia, magnesiumia, fosfaattia) ja vettä kasvien imeytymistä varten
Tyyppejä hyvin pienistä hiukkasista maaperässä
- Maun maaperän yleisimpiä savimineraaleja kutsutaan kerrostuneiksi silikaattisoluiksi saviksi eli fyllosilikaateiksi. Kerrossilikaatteja on erityyppisiä, kuten kaoliniitti, halloisiitti, montmorilloniitti ja vermikuliitti. Eri kerrossilikaattityypit eroavat toisistaan suuresti, kuten myöhemmin käsittelemme.
Jos haluat lisätietoja erilaisista kerrossilikaattisavimineraaleista, napsauta alla olevaa linkkiä ja selaa alaspäin ”Fyllosilikaattihuoneeseen:”
http://www.soils.wisc.edu/virtual_museum/silicates.html
- Amorfisia mineraaleja, kuten allofaania, imogoliittia ja ferrihydriittiä, voi löytyä Havaijin vulkaanisesta tuhkasta kehittyneistä tuliperäisistä maaperistä. Kuten silikaattisavilla, näillä mineraaleilla on hyvin suuri pinta-ala. Tämän seurauksena amorfisia mineraaleja sisältäviin maihin mahtuu suuria määriä vettä ja varastoituneita ravinteita, riippuen säätilan asteesta.
- Alumiini- ja rautaoksideja esiintyy tyypillisesti trooppisten alueiden voimakkaasti kutistuneissa maaperissä. Kun savimineraalit sääntelevät voimakkaasti, silikaattisavien rakenne muuttuu. Erityisesti silikaattisavet menettävät piidioksidia. Maaperään jäävät alumiini- ja rautaoksidit. Gibbsiitti on esimerkki alumiinioksidista, jolla on harmaanvalkoinen sävy. Götiitti on esimerkki rautaoksidista, joka antaa maaperälle punertavaa väriä.
Oksidien ominaisuudet
- Oksidit ovat melko stabiileja ja kestävät lisäsäätymistä.
- Oksidit voivat toimia kuin liima ja pitää muita maahiukkasia kasassa.
- Oksidit voivat sitoa ravinteita, kuten fosforia.
- Oksideilla on suuri anioninvaihtokapasiteetti (AEC, anion exchange capacity).
- Humus on orgaanisen aineksen se osa, joka kestää enimmäkseen hajoamista ja jää maaperään. Humus koostuu pienistä hiukkasista, joiden pinta-ala on valtava. Näillä hiukkasilla on erittäin suuri kyky pidättää ja syöttää ravinteita sekä pidättää vettä.
Maan rakenne
Maan rakenne on maan hiukkasten järjestäytyminen ryhmiin. Näitä ryhmittymiä kutsutaan jalustoiksi tai aggregaateiksi, jotka usein muodostavat omaleimaisia muotoja, jotka tyypillisesti esiintyvät tietyissä maahorisontissa. Esimerkiksi rakeiset maahiukkaset ovat tyypillisiä pintahorisontille.
Maaperän ryhmittyminen on tärkeä maaperän työstettävyyden indikaattori. Maaperän, joka on hyvin aggregoitunutta, sanotaan olevan ”hyväkuntoista”. Maaperän eri rakennetyypit on esitetty taulukossa 4.
Taulukko 4.
. Maaperän rakennetyypit maaperässä
Lähde: http://www.cst.cmich.edu/users/Franc1M/esc334/lectures/physical.htm
Maaperän aggregaatit
Yleensä vain hyvin pienet hiukkaset muodostavat aggregaatteja, joihin kuuluvat silikaattisavet, vulkaanisen tuhkan mineraalit, orgaaninen aines ja oksidit. Maaperän aggregaatiomekanismeja on erilaisia.
Maaperän aggregaatiomekanismit
- Maaperän mikro-organismit erittävät aineita, jotka toimivat sementoivina aineina ja sitovat maahiukkasia yhteen.
- Sienillä on säikeitä, joita kutsutaan hyfeiksi, jotka ulottuvat maaperään ja sitovat maahiukkasia yhteen.
- Juuret erittävät maaperään myös sokereita, jotka auttavat sitomaan mineraaleja.
- Oksidit toimivat myös liimana ja sitovat hiukkasia yhteen. Tämä aggregaatioprosessi on hyvin yleinen monissa voimakkaasti sään vaikutuksesta muuttuneissa trooppisissa maaperissä, ja se on erityisen yleistä Havaijilla.
- Viimeiseksi, maaperän hiukkaset voivat luonnostaan vetää toisiaan puoleensa sähköstaattisten voimien avulla, aivan kuten hiusten ja ilmapallon välinen vetovoima.
Aggregaattien stabiilius
Maaperän vakaa aggregaatiokehitys on erittäin arvokas tuottavan maaperän ominaisuus. Maaperän kasautumisen vakaus on kuitenkin hyvin riippuvainen maaperässä olevien mineraalien tyypistä. Tietyt savimineraalit muodostavat erittäin vakaita aggregaatteja, kun taas toiset savimineraalit muodostavat heikkoja aggregaatteja, jotka hajoavat hyvin helposti.
- Hyvin säänkestävät silikaattisavet, oksidit ja amorfiset vulkaaniset materiaalit muodostavat yleensä kaikkein vakaimpia aggregaatteja. Orgaanisen aineksen läsnäolo näissä materiaaleissa parantaa stabiilin aggregaatin muodostumista. Ravinteiden hallinnassa aggregaatin stabiilius on tärkeää, koska hyvin aggregoituneet mineraalit ovat hyvin salaojitettuja ja melko työstettäviä.
- Sen sijaan vähemmän säänkestävät silikaattisavet, kuten montmorilloniitti, muodostavat heikkoja aggregaatteja. Joillakin silikaattisavilla sanotaan olevan kutistumispotentiaali. Tämä tarkoittaa, että maaperän mineraalit laajenevat eli turpoavat märkänä, jolloin maaperästä tulee tahmeaa ja se valuu huonosti. Kuivuessaan nämä maat kutistuvat ja muodostavat halkeamia. Silikaattisavien ristikkorakenteen koostumus määrää kutistumis- ja kutistumispotentiaalin. Vaikka Mauilla ei ole kutistumispotentiaalisia maita, näitä maita voi löytyä Molokailta.
Yksinkertainen keskustelu maaperän savien kemiasta löytyy seuraavasta linkistä:
http://www.aehsmag.com/issues/2002/june/soilclays.htm