JOURNAL OF THE SCIENTIFIC AGRICULTURAL SOCIETY OF FINLAND 336 Maataloustieteellinen Aikahauskirja Voi. 48: 336 -341, 1976 Vaihtuvasta magnesiumista Lounais-Suomen viljellyissä savimaissa Kalevi Virri ja Jouko Sippola Maatalouden tutkimuskeskus, Maantutkimuslaitos, 01300 Vantaa 30 Exchangeable magnesium in south-west Finnish cultivated clay soils Kalevi Virri and Jouko Sippola Agricultural Research Centre, Institute of Soil Science, 01300 Vantaa 30, Finland Abstract. Clay soils sampled from south-west Finnish clay area up to the adjoining silty soil area contained in neutral ammonium acetate exchangeable magnesium from 3.2 to 9.0 me/100 g soil. The ratio of the equivalent amounts of calcium to mag- nesium was in the surface soil 2.2—2.6 and in deeper layers 1.1—1.5. The correspond- ing ratios of magnesium to potassium were 6 10 and 17 23. For plant husbandry the content of exchangeable magnesium in the studied clay soils appears to be ade- quate and in relation to other cations plentiful. Johdanto Maan vaihtokapasiteettiin vaikuttavat sekä saveksen että eloperäisen aineen määrä ja laatu. Maahan vaihtuviksi pidättyneiden ionien lajit ja määrä- suhteet riippuvat mm. alkuperämineraaleista ja rapautumisen kulusta. Suo- men maalajeissa ovat magnesiumin lähteinä lähinnä biotiitti, kloriitti ja vermi- kuliitti (Sippola 1974). Mereen sedimentoituneissa savissa osa pidättyneistä ioneista on peräisin merivedestä. Magnesiumia tulee viljelysmaihin myös lan- noitteissa ja kalkitusaineissa ja täten voidaan vaihtuvien kationien määrä- suhteisiin vaikuttaa. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on vertailla kahden savimaistaan tun- netun alueen viljelysmaiden vaihtuvan magnesiumin määriä sekä niiden suh- detta vaihtuvaan kalsiumiin ja kaliumiin. Aineisto ja menetelmät Tutkimusaineisto, joka on esitetty taulukossa 1, kerättiin maaperäkartoi- tuksen yhteydessä yhteensä 48:sta savimaan profiilista Lohjan ja Vammalan alueilta (Virri 1971 ja 1973). Vaihtuvat kationit uutettiin neutraalilla 1 N https://www.c-info.fi/en/info/?token=aAcmAr36R5xkY9ZZ.AX0tglCOTamsirXEKSlvRw.xfgu39T7k47y270-hZ2crwx10FPqnQV22f0lIg6SuiFbfWwoshKZic3IsU3RkFfSeYKckxAUi2jQEgjzCqgfLLwGUhZm5b_lqlDibMpib5u9swH1S3f3cT6NQadVPTKhhG1cXotuG2Sg_5NxHCTPjYd6DqKo19Qfl1KxNsSfpoVie8nlacNcRQBvPA 337 Taulukko 1. Lohjan ja Vammalan alueiden näytteiden keskimääräiset saveksen, hienon hie- sun ja orgaanisen hiilen pitoisuudet sekä pH-luvut standardipoikkeamineen. Table 1. Average contents of clay, finer silt, organic carbon and the pHfj q of studied soil samples with standard deviations. Näyteluku Savesta Hienoa hiesua Number of Clay Finer silt samples <2 n % 2—6 u % Alue Area Muokkauskerros Plough layer 0— 20 cm Lohja 27 50±4 18±2 3.9±0.3 5.7±0.16 Vammala 7 38±3 28±5 3.5±0.4 5.3±0.13 Jankko Subsurface 20 —4O cm Lohja 35 52±5 17±2 1.3±0.3 5.9±0.17 Vammala 11 43±8 28±3 0.8+.0.4 5.8±0.27 Poh jamaa Subsoil 40 —6O cm Lohja 36 56±6 17±2 0.6+.0.1 6.1±0.17 Vammala 13 48±6 25+4 0.5±0.1 6.0±0.32 ammoniumasetaatilla (Schollenberger ja Simon 1945). Kalium määritettiin liekkifotometrisesti, kalsium ja magnesium versenaattimenetelmällä. Vaihtuva vety määritettiin BROWNin (1943) menetelmällä. Kokonaisvaihtokapasiteetti saatiin yhteenlaskemalla ottaen myös vaihtuva natrium huomioon. Maan pH mitattiin vesilietteestä (1: 2.5). Lajitekoostumus analysoitiin seulonnoilla ja pipettimenetelmällä esikäsittelyinä H 202-, HCI- ja Na 2P2 0 7 - käsittelyt. Orgaaninen hiili määritettiin kolorimetrisellä bikromaattimärkä- poltolla. Tuloksia käsiteltiin IBM 1130 tietojenkäsittelykoneella korrelaatio- ja regressio-ohjelmilla olettaen lukuparvien jakautuvan normaalisti. Tulokset ja tulosten tarkastelu Vaihtuva magnesium Vaihtuvaa magnesiumia on Lohjan seudun näytteissä keskimäärin 4.9—9.0 milliekvivalenttia sadassa grammassa ilmakuivaa maata (taulukko 2). Alin keskiarvo saatiin muokkauskerroksesta, korkein pohjamaasta. Korkeimmat yksittäiset tulokset, 15—20 me, olivat aitosaven pohjamaassa. Vammalan seudun näytteissä on vaihtuvaa magnesiumia vastaavasti 3.2 —7.7 me. Kor- keimmat yksittäiset tulokset, 10—12 me, saatiin pohjamaanäytteistä. Alhai- simmat yksittäiset arvot (alle 2 me) saatiin tälläkin alueella muokkausker- roksesta olevista näytteistä. Saadut arvot ovat kuitenkin yleensä korkeampia kuin Mäkitien ja Virein (1965) Keravan seudulta olevista näytteistä saa- mat tulokset. Heinosen (1956) analysoimien savinäytteiden keskiarvo ja Lohjan seudun muokkauskerroksen näytteiden keskiarvot vastaavat hyvin toisiaan. 338 Taulukko 2. N ammoniumasetaattiin vaihtuvat Ca, Mg ja K sekä vaihtokapasiteetti. Keskiarvoja standardipoikkeamin. Table 2. Ca, Mg and K exchangeable in N ammonium acetate, and total exchange capacity. Mean values with standard deviations. Alue Ca Mg K CEC Area Kerros me/100 g me/100 g %of me/100 g me/100 g Depth CEC Muokkauskerros Plough layer 0— 20 cm Lohja 13.1±1.7 4.9±1.1 20 0.48+.0.06 25±3 Vammala 7.0±0.6 3.2±1.4 15 0.53±0.26 21±2 Jankko Subsurface 20 —4O cm Lohja 11.0±1.6 7.5±1.6 32 0.35±0.05 23±3 Vammala 7.1±1.8 5.4±1.4 30 0.31 +0.10 18±3 Pohjamaa Subsoil 40 —6O cm Lohja 11.5±1.6 9.0±1.6 37 0.40±0.07 24±3 Vammala 8.5±0.9 7.7±1.4 35 0.45±0.10 22±2 Maan lajitekoostumus, orgaaninen hiili ja vaihtuva magnesium Lohjan alueen eri kerrosten keskimääräiset savespitoisuudet vaihtelevat välillä 50—56 % (taulukko 1). Vastaavat keskiarvot Vammalan alueella olivat 38—48 %. Molemmilla alueilla savespitoisuus on korkein pohjamaassa ja alin muokkauskerroksessa. Hienoa hiesua, jonka raekoko on kahdesta kuuteen mikrometriin, on keskimäärin 17—28 %. Savespitoisuuden ja vaih- tuvan magnesiumin todettiin olevan positiivisessa korrelaatiossa Lohjan alueen kaikissa kerroksissa. Vammalan alueen näytteissä vain jankkokerroksessa on korrelaatio merkitsevä (taulukko 3). Hienohiesupitoisuuden ja vaihtuvan magnesiumin välinen korrelaatio on tässä aineistossa yleensä selvästi negatiivinen. Siten saveksen ja vaihtuvan magnesiumin riippuvuus on hyvin ilmeinen, minkä seikan mm. Kaila (1973) on todennut. Tutkittujen muokkauskerrosnäytteiden orgaanisen hiilen keskimäärät ovat kummallakin tutkitulla alueella hyvin samanlaiset. Osa jankko- ja pohja- maakerrosten näytteistä voidaan luokittaa liejuisiksi saviksi, osa liejusaviksi. Käytetyn alue- ja kerrosryhmittelyn puitteissa saatiin vaihtuvan magnesiu- min ja humuspitoisuuden välille yleensä negatiivinen korrelaatio (taulukko 3). Tähän vaikuttanee magnesiumionin heikko pidättyminen humukseen (Heinonen 1956). Vaihtuvan magnesiumin suhde muihin vaihtuviin kattaneihin Vaihtuvaa kalsiumia on näytteissä keskimäärin 7.0 13.1 me/100 g (tau- lukko 2). Lohjan seudun näytteissä pitoisuus on keskimäärin korkeampi kuin Taulukko 3. Magnesiumin korrelaatio orgaanisen hiilen sekä savi- ja hiesulajitteiden kanssa. Table 3. Correlation of exchangeable magnesium with organic carbon and with contents of clay and finer silt. Depth Muukkauskerros Plough layer 0— 20 cm Lohja 0.10 o.7o*** -0.42* Vammala -0.84** 0.13 0.47 Jankko Subsurface 20 —4O cm Lohja -0.17 o.7B*** -0.49** Vammala 0.08 o.B2*** -o.B7*** Pohjamaa Subsoil 40 —6O cm Lohja -0.37* o.7s*** -0.47** Vammala -0.52* 0.30 -0.49° Vammalan näytteissä. Kerrosten väliset erot ovat vähäisiä. Kalsiumin ja magnesiumin ekvivalenttimäärien suhde on muckkauskerroksessa keskimäärin 2.2—2.6 ja syvemmällä 1.1—1.5. Suhde on Lohjan seudulla korkeampi kuin Vammalan seudulla. Kalsiumin ja magnesiumin määrien välinen korrelaatio oli Lohjan seudun näytteissä positiivinen. Vammalan seudun näytteissä vastaava suhde oli merkitsevä vain jankkokerroksessa. Muckkauskerroksessa, johon lannoitus ja maanparannus vaikuttanevat voimakkaimmin, ja jonka lajitekoostumus oli karkein, korrelaatio oli heikoin (taulukko 4). Taulukko 4. Vaihtuvien kationimäärien (me/100 g) väliset suhteet ja korrelaatiot. Table 4. Ratios and correlations between the quantities (me/WO g) of the exchangeable cations. Alue Ca/Mg Mg/ K Kerros Suhde Korrelaatio Suhde Korrelaatio Depth Ratio Correlation Ratio Correlation Muokkauskerros Plough layer 0 20 cm Lohja 2.6 o.62*** 10 -0.11 Vammala 2.20.27 6 -0.67° Jankko Subsurface 20—40 cm Lohja 1.5 0.91»** 21 0.52** Vammala 1.3 0.86*»* 18 0.66* Pohjamaa Subsoil 40—6O cm Lohja 1.3 o.Bo*** 23 0.52»»* Vammala 1.10.20 17 0.34 339 340 Vaihtuvaa kaliumia oli näytteissä keskimäärin eri kerroksissa 0.31—0.53 me/100 g. Magnesiumin ja kaliumin ekvivalentti määrien suhde vaihteli 6—23 ilmaistuna eri kerrosten keskiarvoina. Vaihtuvan magnesiumin ja kaliumin välisellä korrelaatiolla oli muokkauskerroksessa otettujen näytteiden ryhmissä negatiivinen suunta, syvemmältä otettujen näytteiden ryhmissä oli korrelaatio sensijaan positiivinen. Muokkauskerrcksen näytteiden erilainen magnesiumin ja kaliumin välinen korrelaatio syvempiin näytteisiin verrattuna saattaa joh- tua kalilannoituksesta ja se viittaa siihen mahdollisuuteen, jonka mm. Hahlin (1973) on todennut, että kalilannoitus lisää magnesiumin huuhtoutumista. Emäskyllästysaste Lohjan näytteiden keskimääräinen emäskyllästysaste on 82—95 %. Vam- malan näytteiden vastaavat keskiarvot ovat 59—88 %. Keskimääräinen vaih- tokapasiteetti on likimain sama eri kerroksissa (taulukko 2). Alueiden eiot ovat suuremmat kuin kerrosten väliset erot. Lohjan näytteiden arvot ovat korkeampia johtuen luultavimmin korkeasta savespitoisuudesta. Magnesiumin osuus vaihtokapasiteetista eli magnesiumkyllästysaste on Lohjan alueella keskimäärin 20—37 % ja Vammalan alueella 15—35 %, ollen muokkauskerroksessa alhaisin ja pohjamaassa korkein (taulukko 2). Yksit- täisten näytteiden emäskyllästysasteet olivat muokkauskerroksessa 11—36%, jankkokerroksessa 7—42 %ja pohjamaassa 12—49 %. Samansuuntaisen tu- loksen ovat Mäkitie ja Virri (1965) saaneet tutkiessaan Keravan seudun savia. Erviö ja Mäkitie (1969) ovat saaneet savimaiden muokkauskerrok- sen magnesiumkyllästysasteeksi Hyvinkään —Nastolan alueella keskimäärin 15-24 %. Heinosen (1956) käsityksen mukaan kasvien magnesiumin saannin kan- nalta ovat magnesiumin määrää ratkaisevasti tärkeämpiä sen osuus vaihto- kapasiteetista ja sen suhde muihin kationeihin. Puutetta ilmenee todennä- köisesti, kun magnesiumin osuus vaihtokapasiteetista on alle 6%. Tämän tutkimuksen tulosten mukaan näyttää vaihtuvaa magnesiumia olevan Loh- jan ja Vammalan alueiden savipelloissa yleensä viljelyyn riittävästi. Yhteenveto Lounaisen Suomen viljeltyjen savimaiden maanäytteistä määritettiin neut- raaliammoniumasetaattiin vaihtuvia kationeja, joista tässä tarkastellaan mag- nesiumia ja sen suhdetta kalsiumiin ja kaliumiin. Lohjan alueella, joka on Lounais-Suomen savialuetta, vaihtuvaa mag- nesiumia oli keskimäärin 4.9—9.0 milliekvivalenttia sadassa grammassa ilma- kuivaa maata. Vammalan alueella, joka on savi- ja hiesualueiden rajalla, vastaavat keskiarvot olivat 3.2 —7.7 me. Alimmat keskiarvot saatiin muok- kauskerroksesta (0 —2O cm), korkeimmat pohjamaasta (40—60 cm). Näyt- teiden savespitoisuuden ja vaihtuvan magnesiumin määrien todettiin olevan positiivisessa korrelaatiossa, hiesupitoisuuden vastaavasti yleensä negatiivi- 341 sessa samoinkuin melko suppealla alueella vaihtelevan humuspitoisuuden. Kalsiumin ja magnesiumin ekvivalenttimäärien suhteiksi saatiin muokkaus- kerroksessa 2.2 —2.6, syvemmällä 1.1 —1.5 sekä magnesiumin ja kaliumin suhteeksi 6—lo ja 17—23. Vaihtuvaa magnesiumia näyttää tutkituissa savimaissa olevan kasvituo- tannon kannalta riittävästi ja suhteessa muihin kationeihin runsaasti. KIRJALLISUUTTA Brown, I, C. 1943. A rapid method of determining exchangeable hydrogen and total ex- changeable bases of soils. Soil Sci. 56: 353 357. Erviö, R. & Mäkitie, O. 1969. Studies on the effect of clay and organic matter contents on the determination of cation exchange properties in clay soils by the ammonium acetate and methylene-blue methods. J. Scient. Agric. Soc. Finl. 41: 73 81. Hahlin, M. 1973. Kaliumgödslingseffekterna i relation till K/Mg-kvoten i växt och jord. Rapp. avd. växtnäringsl., Kungl. Lantbr. Högskolan, Uppsala. 69 p. Heinonen, R. 1956. Magnesiumin tarpeesta Suomen pelloissa. Summary; Magnesium require- ments in Finnish agriculture. Agrogeol. Pubi. 65: 1—32. Kaila, A. 1973. Calcium, magnesium and potassium in mineral soils from the southern half of Finland. Selostus: Suomen eteläpuoliskon kivennäismaitten kalsiumista, magne- siumista ja kaliumista. J. Scient. Agric. Soc. Finl. 45; 254—261. Mäkitie, O. & Virri, K. 1955. On the exchange charasteristics of some clay soils in the Middle Uusimaa. Selostus: Keski-Uusimaan savimaiden kationinvaihto-ominaisuuk- sista. Ann. Agric. Fenn. 4: 277 289. Schollenberger, C. J. & Simon, R. H. 1945. Determination of exchangeable bases in soil, ammonium acetate method. Soil Sci. 59: 13 24. Sippola, J. 1974. Mineral composition and its relation to texture and to some chemical properties in Finnish subsoils. Ann. Agric. Fenn. 13: 169 234. Virri, K. 1971. Lohja—Vihti. Summary: Soil map of Lohja—Vihti. Ann. Agric. Fenn. 10, Suppl. 1: I—4B + 12 soil maps. * 1973. Vammala —Mouhijärvi. Summary: Soil map of Vammala —Mouhijärvi. Ann. Agric. Fenn. 12, Suppl. 1: 1—45 + 12 soil maps. Käsikirjoitus saapunut 23.6. 1976