Kuuma Peruna: Mitä kationinvaihtokyky kuvaa?

Yksinkertaisimmillaan kationinvaihtokyky kuvaa maan kykyä pidättää ravinteita kasveille käyttökelpoisessa muodossa. Mitä suurempi kationinvaihtokyky maassa on, sitä enemmän siihen mahtuu ravinteita, ja sitä enemmän kasveilla on käytettävissään ravinteita sadonmuodostukseen.

Kationinvaihtokyky on kuitenkin uudehko termi suomalaisessa lannoitussuunnittelussa. Ulkomailla viljavuusanalyysit ovat sisältäneet kationinvaihtokyvyn määrityksen ja etenkin Yhdysvalloissa myös ravinnesuositukset on suhteutettu kunkin lohkon ravinnevarastojen kokoon. Lohkokohtaisessa ravinnesuosituksessa on järkeä: kun peltoon ei lisätä enempää ravinteita kuin mitä kukin lohko voi pidättää, hävikit jäävät pieniksi, mikään ravinne ei syrjäydy ja kasvinravitsemus on tasapainoinen.

Ravinteiden pidätyksen kannalta maaperän ravinteet voidaan ryhmitellä kolmeen joukkoon (Kuva 1). Suurin osa ravinteista on varastoravinteita, jotka ovat erittäin niukkaliukoisessa muodossa sitoutuneina mineraalien rakenteisiin. Varastoravinteet muuttuvat rapautumisen kautta liukoisemmiksi ja pidättyvät maaperän vaihtopinnoille. Tässä ravinteet ovat tasapainossa maaveteen liuenneiden ravinteiden kanssa. Kun kasvi ottaa maavedestä liukoisia ravinteita, vaihtopinnoilta vapautuu lisää ravinteita maaveteen. Lisäksi kasvit erittävät juuristaan vetyä (H⁺), joka syrjäyttää vaihtopinnoilta ravinteita ja tuo niitä kasvien saataville.

Viljavuusanalyysi mittaa yleensä vaihtuvia ravinteita, jotka ovat kasvin käytettävissä yhden kasvukauden aikana. Mitä suurempi kationinvaihtokyky, sitä enemmän ravinteita on kasveille helposti saatavilla vaihtopinnoilla. Mikäli tämä ”ravinteiden välivarasto” on liian pieni, kasveille ei riitä siinä ravinteita koko kasvukaudelle, vaan ravinteita on lisättävä vähitellen. Suurella kationinvaihtokyvyllä varustetulla pellolla ravinteita riittää useammaksi kasvukaudeksi ja kasvukauden sisäiset vaihtelut ravinteiden saatavuudessa ovat pieniä. Lisäksi vaihtuvassa muodossa olevat ravinteet ovat turvassa huuhtoutumiselta, joten suuri kationinvaihtokyky vähentää ravinnehävikkejä.

Kuva 1. Ravinteiden olomuodot maaperässä. Varastoravinteet muuttuvat liukoiseen muotoon, pidättyvät humuksen ja saven vaihtopinnoille ja päätyvät lopulta kasvin käyttöön.

Miten kationinvaihtokyky määritetään?

Kationinvaihtokyvyn voi mitata maasta erillisellä maa-analyysillä, mutta sen voi myös laskea viljavuusanalyysissa mitattujen kalsium-, magnesium-, kalium- ja natriumpitoisuuksien perusteella. Myös yhdysvaltalaiset viljavuuslaboratoriot määrittävät kationinvaihtokyvyn laskemalla, jotta vältytään ylimääräisiltä analyyseiltä ja kustannuksilta.  Kationinvaihtokyvyn laskentaan on saatavilla ilmainen, avoimen lähdekoodin laskuri, jonka linkki on jutun lopussa. Laskukaava toimii hyvin kivennäismailla, mutta aliarvioi kationinvaihtokykyä happamilla turvemailla, jolloin erillinen määritys voi olla tarpeen. (Viljavuuspalvelu tarjoaa analyysia keväästä 2015 alkaen.) Kivennäismailla ja kalkituilla turvemailla laskurin tarkkuus on riittävä.

Jos ei halua laskea kationinvaihtokykyä, sen voi myös arvioida maalajin ja multavuuden perusteella (Kuva 2). Kationinvaihtokyky lisääntyy, kun pellon multavuus tai savipitoisuus kasvaa. Esimerkiksi erittäin runsasmultaisella hietamaalla (erm Ht) kationinvaihtokyky voi olla yli 40, kun vähämultaisella hiedalla se on lähes kymmenen kertaa alhaisempi. Savimailla ravinteiden pidätyskyky on korkeampi, mutta myös niissä multavuuden nousu parantaa ravinteiden pidätyskykyä merkittävästi.

Kuva 2. Kationinvaihtokyky riippuu maan multavuudesta ja savipitoisuudesta. Yksikkönä cmol/l.

Ravinnesuhteet ja niiden vaikutus viljelyyn

Ravinnevaraston koon lisäksi myös sen koostumuksella on merkitystä. Koska peltoon mahtuu vain tietty määrä ravinteita, yhden ravinteen ylimäärä johtaa helposti muiden vajaukseen. Esimerkiksi ravinnevarastoon nähden liian suuri kalkitus johtaa siihen, että kalsium syrjäyttää magnesiumin ja kaliumin vaihtopinnoilta. Tämän lisäksi useat hivenravinteet muuttuvat heikosti saatavaan muotoon. Toisaalta korkea magnesiumin määrä maassa johtaa mururakenteen heikkenemiseen, liettymiseen ja kuorettumiseen. Lisäksi magnesiumin korkea määrä voi heikentää kalsiumin ja kaliumin saatavuutta kasville. Samoin korkea kaliumin määrä vaikuttaa sekä maan rakenteeseen että ravinteiden saatavuuteen.

Hyvässä viljelymaassa ravinteiden välillä vallitsee tasapaino. Tarkkoihin ravinnesuhteisiin ei yleensä ole syytä pyrkiä, mutta jos ravinteet ovat suunnilleen oikeassa suuruusluokassa, kasvit menestyvät ja maaperän rakenteelle on hyvät edellytykset. Käytännössä toimiva ohjeistus on pitää kationinvaihtopaikoista 60-75% kalsiumia, 5-20% magnesiumia ja 2-5% kaliumia. Suositukset riippuvat myös hieman maalajista. Savimailla on mielekästä lisätä kalsiumin osuus melko korkeaksi (Ca 75%, Mg 5%), jotta maa murustuu hyvin. Hietamailla taas magnesiumin osuuden nosto (Ca 60%, Mg 20%) estää pölyämistä ja turvaa riittävän magnesiumin saannin kasveille.

Kuva 3. Eri ravinteiden tasapainoiset suhteet maassa sekä erilaisia ongelmatilanteita. Yhden ravinteen ylimäärä johtaa muiden ravinteiden puutteeseen.

Kationinvaihtokyvyn nosto

Kationisuhteita ei voi tarkastella irrallaan riittävistä ravinnepitoisuuksista. Kationinvaihtokyvyltään alhaisella, ”laihalla” pellolla voi olla hyvä kationien suhde, mutta ravinteiden kokonaismäärä on liian alhainen hyvään satoon.

Käytännössä jotta peltoon mahtuisi hyvän viljavuusluokan mukaiset määrät ravinteita, sen kationinvaihtokyvyn pitäisi olla vähintään 15 cmol/l karkeilla mailla (pH 6,2; Ca 2000 mg/l; Mg 200 mg/l; K 200 mg/l; Na 60 mg/l). Savimailla ravinnemäärät ja tarvittava kationinvaihtokyky on korkeampi (vähintään 20 cmol/l). Käytännössä Kuvan 2 perusteella tämä tarkoittaa noin 5-6% multavuutta.

Jos kationinvaihtokyky on alle 10 cmol/l (esim. vm Ht), pellon ravinteidenpidätyskyky on niin alhainen, että siihen ei yleensä mahdu riittävästi ravinteita sadon tarpeisiin. Perunan osalta kriittiseksi voi muodostua kaliumin määrä, jota on yleensä vaihtopinnoilla vähiten. Toisaalta, jos kaliumin pitoisuutta nostaa, se heikentää kalsiumin ja magnesiumin saatavuutta. Kevyillä, ravinnevarastoiltaan alhaisilla mailla lannoitus perustuu toistuviin, pieniin ravinneannoksiin. Toinen vaihtoehto on käyttää hitaasti vapautuvia lannoitteita. Mikäli pellon ravinnevarastojen kokoa saadaan nostettua, lannoitusta voi harventaa ja kertalannoitusta suurentaa tarpeen mukaan.

Käytännössä ainoa keino nostaa kationinvaihtokykyä on lisätä peltoon orgaanista ainetta. Yhden prosenttiyksikön multavuuden nosto ruokamultakerroksessa vaatii noin 20 tonnia orgaanista ainetta. Eli jos vähämultainen lohko (2% multavuutta) halutaan multavaksi (6% multavuutta), tarvitaan noin 80 tonnia eloperäistä ainesta (kuiva-aineena mitattuna). Käytännössä lisättävän kompostin tai maanparannuskuidun määrä on yli kaksinkertainen, sillä osa massasta hajoaa nopeasti. Suurten lisäysmäärien johdosta osa viljelijöistä on kokeillut biohiilen tai peltotuhkan käyttöä kationinvaihtokyvyn lisäämiseen. Melko alhaisilla lisäysmäärillä (3-11 t/ha) on saatu hyviä tuloksia kationinvaihtokyvyn nostoon.

Yhteenveto

Kationinvaihtokyky on yksi tärkeimpiä maaperän ominaisuuksia. Se kuvaa maan vaihtuvien ravinteiden määrää ja vaikuttaa huomattavasti viljelyyn ja lannoituksen suunnitteluun. Viljelijöiden kannattaa selvittää kationinvaihtokyky ja ravinnesuhteet, etenkin jos lohkon kasvukunnossa on epämääräisen oloisia ongelmia.

Teksti ja kuvat: Tuomas Mattila (http://www.kilpiantila.net)