Luentomateriaali: Esa Etelätalo Metsänhoidon perusteet Metsämaa; maalajit, ominaisuudet metsänkasvatuksen kannalta
Metsämaa 3 Geologinen historia: - Kallioperä n. 3,1 mrd. vuotta, laatta liikkunut ympäri maapalloa - Suomen yleisin kallioperämme kivilaji graniitti on hapanta kallioperästä rapautunut maaperä on myös hapanta suurimmaksi osaksi. - Joillakin paikoilla kallioperä on kalkkikivilajeista muodostunutta ja näillä paikoilla maaperä on vähemmän hapanta. - Kalkkikivialueilla kasvit menestyvät hyvin, koska emäksisessä tai lähes emäksisessä maaperässä ravinteet pysyvät kasvien käytettävissä ja hajotustoiminta on vilkasta lehtokasvillisuutta. Esa Etelätalo
4 Lehtokeskukset Esa Etelätalo
Metsämaa 5 Geologinen historia: - Maaperä = peruskallion päällä oleva irtain maa-aines, jääkauden seurausta n. 10 000 v sitten. - Jääkausi kulutti kalliota (jopa 7 m) syntyi moreenia, jota on valtaosa Suomen maaperästä, ¾ metsämaasta Esa Etelätalo
Jääkausi - Jää paksuimmillaan n. 20 000 vuotta sitten, jopa yli 3 km paksu - Jään sulaessa syntyi runsaasti vettä syntyi jokia, jotka kuljetti maa-aineksia (harjut), jokien purkauskohdat. - Salpausselkä, syntynyt jään sulavan reunaan - Vesi lajitteli maa-aineksia ja kaikkein pienimmät hiukkaset kulkeutuivat avovesiin ja laskeutuivat siellä pohjaan. Esim. rannikkoseudun savimaat - Jään paino maan kohoaminen - Jään sulamisveden aiheuttamat meret rantaviivoja (jopa yli 200 m merenpinnan yläp.), vedenkoskemattomat alueet - Rannikon happamat sulfaattimaat - Maa-aines kallioperän päällä ohut (jääkausi) commons.wikimedia.org/wiki/image:perito_moreno_glacier_patagonia_argentina_luca_galuzzi_2005.jpg
Jääkausi Eurooppa 20,000 vuotta sitten Eurooppa. Paksu jääkerros pohjoisessa Kylmää tundra Keski-Euroopassa Havupuumetsiä ihan etelässä ja aroa ylempänä www.geocities.com/reginheim/europeiceage.gif
Itämeren kehitysvaiheet, 10 200, 8 9 000 ja 7 000 v. sitten
Jääkausi 9
- Jääkauden jälkeen alkaa syntyä humusta Jääkausi 10 - Alavat maat soistuvat, lajittuneet hienojakoiset maalajit (kylmä kostea ilmasto)
Metsämaa Kallioperä Maaperä http://www.geologia.fi/index.php/2011-12-21-12-30-30/2011-12-21-12-39-11 11 - Kivennäismaalajit - moreenimaat - soramoreeni - hiekkamoreeni - hienoaineksinen moreeni - lajittuneet maat - sora - hiekka - karkea hieta - hieno hieta - hiesu - savi - Eloperäiset maalajit - humus, multa, turve, lieju Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajitteet 12 Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajit 13 - Moreeni sisältää sekalajitteisia maahiukkasia jopa savihiukkasista kiviin ja lohkareisiin asti. Moreenin kivet ovat usein kulmikkaita ja hienon aineksen peittämiä. - Syntynyt mannerjäätikön alla kulkeutuneesta kiviaineksesta (pohjamoreeni) sekä vetäytyvän jäämassan sulaessa jäästä vapautuneesta moreenista (löyhempää pinnalla) - 75 % kivennäismaan metsämaista moreenia, josta 10 % (7,5 %) soramoreenia, 75 % (n. 55 %) hiekkamoreenia ja 15 % (n. 12,5 %) hienoaineksista moreenia Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajit 14 - Lajittuneet maalajit, syntyneet veden tai tuulen uudelleenkerrostamana; jaottelu raekoon mukaan: - karkearakeiset sora, hiekka (savea alle 5 %), karkea hieta ja - hienorakeiset hieno hieta (savea 10-20 %, hiesu (savea 20-30 % ja savi (savea 30-100 %) (hieno hieta + hiesu =siltti) - yht. 25 % mineraalimaiden pinta-alasta lajittuneita, josta hiekkaa n. 70 % (15 %), hietaa 20 % (7 %) ja muita 10 % (3 %) Esa Etelätalo
Esa Etelätalo 15
Metsämaa, maalajit 16 Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajit 17 Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajit 18 - Eloperäiset maat; syntyvät kasvillisuuden eloperäisistä jäänteistä. Tulos riippuu olosuhteista. - Mururakenteinen multa, eliöt sekoittavat kiv. maan ja eloperäisen; 20-40 % eloperäistä maalajia muuten kiv. maata (lehdoissa). - Lehtomaisella kankaalla sekoittuminen heikompaa, mutta sitä tapahtuu mullas - Kun sekoittumista ei ole kangashumus, sisältää tunnistettavia huonosti hajonneita kasvinosia (karut maat) - Soistuneilla mailla turve; rahkaturve ja saraturve (yleensä sekaisin) - Eri maatumisasteet, puristuskoe. Erittäin maatuneet polttoturpeeksi ja vähemmän maatuneet kuivikkeeksi, maanparannukseksi ja kompostiin (sitovat hyvin). Kantavuusero. Esa Etelätalo
Metsämaa, maalajit 19 Esa Etelätalo
Maaperän mineraaliaines 20 - Kallioperän erilaiset kivilajit koostuvat mineraaleista, jotka ovat yhdisteitä. - Kallioperän rapautuessa syntyy irtainta maa-ainesta = maaperä - Maankuoressa eniten happea (O) yli 60 %, piitä yli 20 % (Si), alumiinia n. 7 % (Al), lisäksi Fe, Ca, Na, K ja Mg kaikkia alle 1 % - Mineraalien rakenne on pysyvä eivätkä ne ole kasvien käytössä - Tarvitaan mineraalien rapautuminen, että aineet ja yhdisteet ovat kasvien käytössä
Maaperän mineraaliaines 21 Rapautuminen: - Muuttaa mineraalit toisenlaisiksi yhdisteiksi (kasvien hyödynnettävissä), jotka taas voivat liueta veteen, kulkeutua maassa alaspäin ja saostua uudelleen toisenlaisina yhdisteinä - Fysikaalinen rapautuminen; lämpötilan vaihtelu, jäätyminen ja mekaaninen kuluminen - Kemiallinen rapautuminen, merkitys fysikaalista suurempi, tapahtuu veden välityksellä, voimistuu humidisuuden, lämpötilan ja happamuuden kasvaessa.
Maaperän mineraaliaines 22 Rapautuminen: - Kemiallinen ja biologinen rapautuminen muuttaa mineraalit kationinvaihdon kautta kasveille käyttökelpoiseen muotoon (vesiliukoinen muoto). - Hapan maavesi valuessaan läpi mineraalien särkee kiderakennetta mineraalien ravinteet vapautuvat ionimuodossa maaveteen - Osan näistä maaveden mineraaliravinteista kasvit ottavat juurillaan, osa kiinnittyy maahiukkasiin. - Yhteyttämisen jälkeen ravinteet palaavat karikkeena kiertoon humuskerrokseen. Hajotustoiminta vapauttaa ravinteet orgaanisista yhdisteistä takaisin vesiliukoiseen muotoon ja ravinteet ovat taas kasvien käytössä.
Maaperän mineraaliaines 23 Rapautuminen: - Kemiallinen ja biologinen rapautuminen: - Kemiallinen rapautuminen voimistuu humidisuuden (vajovesi), lämpötilan ja happamuuden kasvaessa. - Kemiallinen rapautuminen tapahtuu veden välityksellä ja on nopeaa lämpimissä maissa - Rapautumisen voimakkuus riippuu maahiukkasten raekoostumuksesta. Mitä hienojakoisempi maa, sitä enemmän siinä on pinta-alaa, johon se pystyy varastoimaan ravinteita. - Orgaanisen aineksen hiukkasten pinta-ala on jopa pienimpiä maahiukkasia suurempi, joten se pystyy sitomaan huomattavan määrän ravinteita mitä voimakkaampaa hajotustoiminta, sitä enemmän vapautuu ravinteita ja sitä enemmän pinta-alaa, johon ravinteiden sitoutua.
Ilmasto ja kasvillisuus muuttavat 24 maannosta Maannos: - Maaperän pinta-osa, jonka ominaisuudet ovat muuttuneet maannostumistekijöiden vaikutuksesta - Maannostumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat kasvillisuus, mikrobit, maaperäeläimet ja ilmasto - Koostuu usein erilaisista kerroksista; esim. podsoli
Metsämaan ominaisuudet 25 - Maatilavuus koostuu kolmesta eri ainefaasista: kivennäisaines, orgaaninen aines ja maahuokonen, jossa vettä ja ilmaa vaihtelevassa määrin. - Iso ero koostumuksessa eri maalajien välillä - Vaikuttaa maaperän ominaisuuksiin
Metsämaan ominaisuudet 26 - Esim. hienojakoiset maat ovat kosteita (paljon maahiukkasiin sitoutunutta vettä) ja lämpöoloiltaan tasaisia, mutta viileitä (usein alavia). Karkeat, kuivat huokoiset maat lämpöoloiltaan ääreviä
Metsämaan ominaisuudet 27 - Maalajin raekokojakauma määritetään tarkemmin seulomalla käyrä - Fysikaalisia ominaisuuksia arvioitaessa yleisesti maalajit jaetaan karkeaan ja hienoon maalajiin, jossa rajana 0,06 mm raekoko. - Karkea maalaji usein kuivaa ja hieno kosteaa ja routivaa; (kapillaarinen vedennousu)
Metsämaan vesitalous 28 Suomessa sadanta suurempi kuin haihdunta Kun sataa: - osa vedestä haihtuu ja osa tunkeutuu ja sitoutuu maaperään; ensin humus, sitten mineraalimaa ja loput alas pohjavedeksi (kallio tai vettä läpäisemätön kerros) - mineraalimaassa osa vedestä vesi sitoutuu hygroskooppisesti maahiukkasten (samoin humuksessa) pintaan tiukasti ja osa löyhemmin pintajännitysvoimien pidättämänä. - Mitä hienompi maalaji, sitä enemmän hiukkaspintaa ja huokoset ohuita sitoo hyvin vettä. Hiukkaspinnalla on myös merkitystä ravinteiden kationinvaihtoon (rapautuminen).
Metsämaan vesitalous 29 Hienot maalajit ja humus, runsaasti hiukkaspintaa, moreenissa hiukkaspinnan määrään vaikuttaa hienojen maalajitteiden osuus Hiukkaspinta: hiekka alle 0,1 m 2 /g, hieta 0,1-1,0 m 2 /g savi 5-400 m 2 /g humus 800 1000 m 2 /g
Metsämaan vesitalous 30 Vesitalouden määritelmiä: - Maan kenttäkapasiteetti = se vesimäärä, joka jää maanäytteeseen, kun sitä on kasteltu ja sitoutumaton vesi on valunut pois = maan vedenpidätyskyky - Osa vedestä sitoutunut maahiukkasiin niin tiukasti, että kasvit eivät pysty sitä käyttämään. Kasveille käyttökelpoisen veden ja käyttökelvottoman veden rajaa kutsutaan lakastumisrajaksi - Pohjavesipinnan yläpuolella olevaa vettä vajovedeksi. Sateen jälkeen maahuokoset ovat vajoveden täyttämiä, kunnes vesi painuu alas pohjavedeksi. - Maahuokoset pohjavesipinnan yläpuolella ovat välillä ilman ja välillä vajoveden täyttämiä sateista riippuen.
Metsämaan vesitalous 31
Metsämaan vesitalous 32 - Kasveille käyttökelpoinen vesi, parhaita hietamaat ja karkeimmat hienoaineksiset moreenit - Hienojakoisissa maissa jää vähän vapaata huokostilaa juurten kasvu ja ravinteiden sekä veden otto vaikeutuvat (eri puulajit)
Metsämaan vesitalous 33 - Huom! Juuret ovat pääasiassa n. 20 cm maanpinnasta, ohuessa kerroksessa rajoittaa käytettävissä olevan veden määrää. Harjumaastossa (hiekka) juuret voivat tunkeutua syvemmälle. - Puut sääntelevät kuivana aikana veden ottoa; sulkevat ilmaraot haihtuminen pienenee yhteyttäminen loppuu. Lehtipuut voivat pudottaa kuivana aikana lehtiään. - Humuskerros pidättää sateen ei pintavaluntaa ja hidastaa veden alas menoa vesi paremmin juurten käyttöön - Kts taulukko vedenläpäisevyys
Metsämaan vesitalous 34 - Maalajin kosteusoloihin vaikuttaa myös maapinnan topografia. - Peruskallio tai muun vettä läpäisemättömän pohjan muodot ohjailevat pohjaveden virtausta maan sisällä. Vesi keräytyy notkoihin - Jos pohjavesipinta on lähellä maanpintaa, saa pintamaa vesitäydennystä pohjavedestä kapillaarisen vedennousun kautta. Riippuu maalajitteesta.
Metsämaan vesitalous 35
Metsämaan vesitalous 36
Metsämaan vesitalous 37 - Puiden vedenoton kannalta tärkeää: - Juuristo tiheäksi ja laajaksi - Mykorritsasienet täydentävät vettä ottavaa verkostoa - Parhaita maita ovat vettä keskinkertaisesti läpäisevät maat (vesi imeytyy nopeasti maaperään, mutta menee hitaasti juurikerroksen läpi). - Hakkuuaukolla puuston haihduttaminen jää pois soistuminen uhkana, huomioitava maanpinnan käsittelyssä
Metsämaan vesitalous 38 Turvemailla: - Turpeen vedenpidätyskyky suuri, huokostilaa paljon - Pohjavesi korkealla, kapillaarinen vedennousu juurilla hapenpuutetta, kasvu kärsii
Metsämaan ilmanvaihto 39 - Happi ja hengitys tärkeä juurten kasvulle, välillisesti tärkeä myös veden ja ravinteiden otolle - Eri puulajit erilaisia; hieskoivu tulee toimeen vähähappisessa olosuhteissa, mänty kestää jonkun aikaa, mutta ei pitkään. Kontortamänty sopeutunut parhaiten vähähappisuuteen. - Maan pieneliöt tarvitsevat happea. Juurten ja pieneliöiden hengitys tuottaa hiilidioksidia tarvitaan maan ilmanvaihtoa. - Hienojakoiset maat ja soistuminen vaikeuttavat maan ilmanvaihtoa
Metsämaan lämpötalous 40 - Juurten kasvulle parasta lämpöä 20-30 C ei saavuteta Suomen olosuhteissa (puiden varjostus, kangashumus eristää). - Maan lämpötalousominaisuuksiin vaikuttavat maan kiinteän aineen koostumus, huokoisuus ja vesipitoisuus - Parhaita maita ovat kosteat hietamaat. Karkeat maat ääreviä ja hienot lämpenevät hitaasti (vesi) - Kuivahkot maat jäätyvät syvimmälle, märät pinnallisemmin ja hitaammin (lämpötila, maaperän vesipitoisuus, pohjaveden pinta, lehtipuun määrä ja lumikerros vaikuttavat roudan paksuuteen) - Hienojakoisilla mailla routimista; keväisin ja syksyisin roustetta.
Metsämaan ravinnetalous 41 - kasvit tarvitsevat rakennusaineekseen hiilen, hapen ja vedyn lisäksi 13 muuta alkuainetta. (pääravinteet N, P, K, Ca, Mg ja S sekä hivenaineita Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B ja Cl - Jos jostakin em. ravinteista on vajetta, rajoittaa se kasvien kasvunopeutta. - Sama pätee myös muihin kasvupaikkatekijöihin (vesi, lämpö, valo)
Metsämaan ravinnetalous 42 Kangasmailla on humuskerroksessa ja kivennäismaan pintakerroksissa yleensä riittävästi ravinteita puiden normaaliin kehittymiseen. - Puiden ns. käyttökelpoiset ravinnevarastot muodostuvat mineraalien rapautuessa ja eloperäisen aineksen hajotuksessa. Ne vapauttavat ravinteita maanesteeseen. - Maan puutuotoskyvyn kannalta tärkein ravinne on typpi (N). - Kangasmailla juuristokerroksessa on paljon orgaanista typpeä, mutta hitaan hajotustoiminnan vuoksi se ei ole kasvien käytettävissä (viileä ilmasto) hidastaa puiden kasvua kangasmailla. - Typpeä tulee metsämaahan biologisen typensidonnan (bakteerit) ja typpilaskeuman kautta typpivarat metsämaassa kasvavat. Huom. leppä.
43
Metsämaan ravinnetalous 44 - Kierto kasvillisuuden ja pintamaan ravinnevaraston välillä - Maaeliöt (bakteerit, sienet, virukset, levät ja alkueläimet) avainasemassa. - Karikkeesta humukseksi. Jos karikkeessa runsaasti hiiltä suhteessa typpeen (C/N) hajotustoiminta hidastuu (havupuut) - Sienet avainasemassa, mykorritsa - Tuhlaileva koivu, pihi mänty (ko käyttää 2-3 kert. ravinteita mä verrattuna) - Lehtien mukana iso osa ravinteita maahan (35-50%), havupuut varastoivat ravinteet runkoon putoavat neulaset ravinneköyhiä
Metsämaan ravinnetalous 45 - Puulajilla iso merkitys karikkeiden hajoamisnopeuteen. Koivu ja leppä suotuisia hajotustoiminnan kannalta, karike ravinteikasta ja vain lievästi hapanta. - Havupuun karike hapanta ja niukkaravinteista hajoaa hitaasti ja epätäydellisesti huopamainen kangashumus - Erityisesti kuusikossa, jossa on lisäksi viileä ja kostea pienilmasto heikoissa hajotusolosuhteissa maan pinnalle kerääntyy paksu heikosti hajonnut raakahumuskerros = kuntta - Kuntta heikentää ilmanvaihtoa, lämpenemistä, kasvuedellytyksiä ja taimettumiskuntoa. Sitoo ravinteet, ne eivät kierrä - Esim. HMT-kuusikot Pohjois-Suomen itäosassa, hiesumaat
Metsämaan ravinnetalous 46 - Fosforia (P) yleensä on kangasmailla riittävästi, mutta turvemailla sen lisääminen on yleensä tarpeen. - Muita ravinteita yleensä riittävästi, mutta turvemailla kaliumista ja boorista on pulaa. - Boorista voi olla pulaa myös kangasmailla, entisillä kaski- ja laidunmailla(latvat).
Metsämaan ravinnetalous 47
Metsämaan ravinnetalous 48
Metsämaan ravinnetalous 49 Mykorritsa on symbioosi puun juuren ja sienen rihmaston välillä, josta molemmat osapuolet hyötyvät. - sieni kasvattaa rihmastonsa puun juuren pintaan ja sisään - sienet vapauttavat ravinteita suoraan humuksesta (tiheämpi verkko ja pienemmät rihmat), jopa mineraaleista - sienirihmasto tehokkaampi kuin puiden juuret (pääsevät pienempiin paikkoihin) - sienet saa sokereita/hiilihydraatteja ja puut ravinteita (N ja P) - elintärkeitä suomalaisille puulajeille. Mykorritsaa on täytynyt viedä esim. Afrikkaan, kun on istutettu sinne meidän puulajeja. Muuten ne kuolevat jonkun ajan kuluttua.
Rakeisuuskäyrä 50