Kaikki maaperät sisältävät kalsiumioneja (Ca2+) ja magnesiumkationeja (Mg2+) (positiivisesti varautuneita ioneja), jotka vetävät puoleensa negatiivisia vaihtokohtia savessa ja orgaanisessa aineksessa (kationinvaihtokompleksi maaperässä). Määrä ja suhteellinen osuus heijastavat yleensä maaperän lähtöaineita. Kalsium (Ca) ja Mg ovat kasveille välttämättömiä ravinteita, ja maaperän kationinvaihtokohtiin kiinnittynyt ionimuoto on se, jota kasvit käyttävät. Tavallinen tapa määrittää, onko maaperän varastot riittävät kasvien tarpeisiin, on uuttaa maaperä 1-molaarisella (M) ammoniumasetaatilla (sama menettely, jota käytetään maaperätestin kaliumin määrittämiseen) ja arvioida mitattua määrää suhteessa kriittisiin tasoihin. Koska Iowan maaperässä näitä ravinteita on enemmän kuin riittävästi, kriittistä tasoa ei ole vahvistettu eikä voida vahvistaa. Tämän vuoksi vaihdettavaa Ca:ta ja Mg:tä ei testata rutiininomaisesti, eikä Iowan osavaltion yliopiston julkaisuissa anneta maaperäkokeiden Ca:n tai Mg:n tulkintoja. Ellei maaperän kationinvaihtokapasiteetti (CEC) kiinnosta – rutiininomaisessa maaperäkokeessa se määritetään laskemalla yhteen hallitsevat vaihdettavat kationit (Ca2+, Mg2+, K+, H+) – useimpien Iowan peltojen maanäytteitä ei tarvitse analysoida laboratoriossa Ca:n ja Mg:n osalta. Lisäksi Iowan maaperässä on suuria määriä molempia ravinteita, ja niitä täydennetään kalkkikiveä levittämällä.
Miten Ca:Mg-suhde lasketaan?
Kun vaihtokelpoiset Ca:t ja Mg:t on määritetty laboratorioanalyysin avulla, suhdeluvun laskennassa käytetään mekvivalenttiperustetta (sähköisen varauksen perusteella). Esimerkiksi jos maaperässä on 4,88 meq Ca/100 g ja 1,72 meq Mg/100 g, Ca:Mg-suhde on 2,8:1. Taulukossa 1 esitetään vaihtokelpoinen Ca, Mg ja laskettu Ca:Mg-suhde useille Iowan maaperille. Nämä arvot ovat tyypillisiä Iowan maaperälle. Maaperän Ca:Mg-suhteet ovat luonnollisesti yli 1:1.
Miksi kiinnostus Ca:Mg-suhteisiin?
Hyvä kysymys. Edellä mainitusta toteamuksesta, jonka mukaan Ca:n ja Mg:n pitoisuudet ovat korkeammat kuin mitä Iowan maaperässä tarvitaan kasvinviljelyyn, voi helposti päätellä, että suhdeluvun huomiotta jättäminen on ihan ok. Tutkimukset vahvistavat, että tämä johtopäätös on perusteltu, mutta suhdeluvun käsitteen edistäminen jatkuu edelleen huolimatta monien vuosien tutkimuksista, jotka osoittavat muuta. Tämä käsite sai alkunsa Bearin ja kollegoiden 1940-luvulla tekemästä työstä. Heidän työssään ei kuitenkaan tehty eroa happaman maaperän kalkin levittämisestä johtuvan pH:n paranemisen ja Ca:Mg:n suhteen muutoksen aiheuttaman viljelykasvin (sinimailanen) vasteen välillä. Muut samaan aikaan tehdyt tutkimukset osoittivat, että suhdeluvuilla ei ollut merkitystä. Monet sittemmin tehdyt tutkimukset eivät ole osoittaneet Ca:Mg-suhteen vaikutusta sadontuotantoon. Esimerkkinä voidaan mainita McLeanin ja kollegoiden vuonna 1983 tekemä tutkimus, jossa suhdetta muokattiin levittämällä kalkkia, magnesiumoksidia ja magnesiumsulfaattia ja jossa mitattiin satovaste (taulukko 2). Tulokset osoittavat, että sekä eniten satoa tuottavat käsittelyt että vähiten satoa tuottavat käsittelyt tapahtuivat Ca:Mg-suhteiden ollessa samoilla vaihteluväleillä, mikä osoittaa, että Ca:Mg-suhde ei ollut syy mitattuihin satoeroihin. Tutkijoiden johtopäätökset olivat seuraavat: ”Tulokset viittaavat vahvasti siihen, että suurimman mahdollisen satotason saavuttamiseksi olisi painotettava riittävien mutta ei liian suurten määrien tarjoamista jokaiselle emäskationille sen sijaan, että yritettäisiin saavuttaa suotuisa emäskationien kyllästymissuhde (BCSR), jota ei ilmeisesti ole olemassa”. Erilaiset kasvihuone- ja kenttäkokeet osoittavat, että viljelykasvien tuottavuuteen ei vaikuta vaihteluväli, joka vaihtelee alle 1:1:stä yli 25:1:een – suhdeluvut ovat maaperässä tavallisesti mitattujen lukujen ulkopuolella. Myös kasveilla on merkitystä Ca:n ja Mg:n ottamisessa, ja ne sulkevat ylimääräisen Ca:n tai Mg:n pois juurten pinnalta.
Mg:n käyttö ei myöskään tarkoita, että maaperän fysiikkaan tai sadontuotantoon tulisi ongelmia; toisin sanoen Mg:n käyttö ei ole ”huono” maaperälle. Esimerkiksi Webbin tekemässä tutkimuksessa kaliumia ja kalium-magnesiumsulfaattia (K-Mag) levitettiin vuosittain Websterin maaperään (yhteensä 784 lb Mg/ha 8 vuoden aikana). Taulukossa 3 esitetyt sadot osoittavat, että käytetty kalium reagoi annosteltuun kaliumiin, mutta käytetyllä Mg:llä ei ollut vaikutusta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että Ca:Mg-suhteen käsitettä ei ole todistettu, eikä sitä pitäisi käyttää lannoitus- tai kalkkikäytäntöjen perustana. Ca:n ja Mg:n riittävät tasot ovat oikea arviointimenetelmä sen sijaan, että yritettäisiin manipuloida suhdelukuja. Olemme onnekkaita Iowassa, sillä maaperän Ca:n ja Mg:n pitoisuudet ovat yleensä riittävät, ja kasveille käyttökelpoisen Ca:n ja Mg:n ylläpito tapahtuu joko siksi, että maaperässä on runsaasti Ca:ta ja Mg:tä, tai siksi, että maaperää kalkitaan paikallisella louhoksen kalkkikivellä maan pH:n pitämiseksi riittävänä kasvintuotantoa varten.
Lisätietoa Ca:Mg-suhteista löytyy North Central Regional Extension -julkaisusta ”Soil Cation Ratios for Crop Production”, joka on saatavissa neuvontatoimistostasi tai verkkosivulta http://www.extension.umn.edu/distribution/cropsystems/DC6437.html.
TAULUKKO 1. Useiden Iowan maiden vaihdettavissa oleva Ca, Mg ja Ca:Mg-suhde.
| Maa | CEC | Ca | Mg | Ca:Mg-suhde |
|---|---|---|---|---|
| meq/100 g | ||||
| Kenyon | 14.0 | 8.5 | 2.6 | 3.3 |
| Readlyn | 19.5 | 14.5 | 4.2 | 3.5 |
| Klinger | 26.2 | 20.0 | 5.2 | 3.8 |
| Dinsdale | 20.5 | 14.6 | 4.2 | 3.5 |
| Tama | 20.6 | 13.9 | 3.4 | 4.1 |
| Muscatine | 28.3 | 20.4 | 7.1 | 2.9 |
| Primghar | 32.7 | 22.4 | 7.4 | 3.0 |
| Sac | 29.8 | 20.6 | 5.5 | 3.7 |
| Marcus | 43.9 | 37.5 | 11.9 | 3.2 |
| Ida | 22.4 | 16.9 | 5.3 | 3.2 |
| Monona | 22.4 | 18 | 6.2 | 2.9 |
| Napier | 27.6 | 23.5 | 3.2 | 7.3 |
CEC, kationinvaihtokapasiteetti.
TAULUKKO 2. Ca:Mg:n vaihteluväli viidellä korkeimmalla ja viidellä alhaisimmalla satotasolla kuutena satovuonna ja 12 käsittelyssä.
| Sadontaso | Maissi
1975 |
Vehnä
1978 |
Mänty
1979 |
Mänty
1980 |
||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Viisi korkeinta | 5.7-26.8 | 5.7-14.2 | 5.7-14.9 | 5.7-14.0 | 5.7-26.8 | 6.8-26.8 |
| Alhaisin viisikko | 5.8-21.5 | 5.0-16.1 | 2.3-16.1 | 6.8-21.5 | 8.2-21.5 | 5.7-21.5 |
Sovitettu lähteestä: McLean, E.O., R.C. Hartwig, D.J. Eckert ja G.B. Triplett. 1983. Basic cation saturation ratios as a basis for fertilizing and liming agronomic crops. II. Kenttätutkimukset. Agronomy Journal 75: 635-639.
Taulukko 3. Webster-maahan levitetyn kaliumin ja kalium-magnesiumsulfaatin (K-Mag) vaikutus maissin satoon.
| Vuosi | Kontrolli | Kalium | K-Mag |
|---|---|---|---|
| bu/ha | |||
| 1967 | 146 | 160 | 161 |
| 1968 | 148 | 161 | 160 |
| 1969 | 144 | 139 | 144 |
| 1970 | 108 | 130 | 124 |
| 1971 | 147 | 157 | 160 |
| 1972 | 129 | 150 | 152 |
| 1973 | 115 | 129 | 129 |
| 1974 | 120 | 133 | 130 |
| 8-vuosikeskiarvo | 132 | 145 | 145 |
Kaliumia levitetään 160 lb K/ha vuosittain. K-Mag antoi 199 lb S/ha ja 98 lb Mg/ha vuosittain.