Formation of a cultivated spodosol in east-central Finland

Abstract

Karkeille hietamaille syntyneet podsolit ovat Suomen kehittyneimpiä maannoksia. Niitä tutkimalla saadaan uutta tietoa tämän koko pohjoisella havumetsävyöhykkeellä yleisen maannostyypin kehittymiseen johtaneista prosesseista, joista edelleenkin vallitsee erilaisia käsityksiä. Tämän tutkimuksen kohteena oli Sotkamossa karkealla hietamaalla oleva noin 50 vuotta viljelty maa, joka on ollut kuivillaan noin 10 700 vuotta. Muokkauskerroksen alapuolella oli huuhtoutumiskerros (valkomaa), joka sisälsi lähes pelkkää kvartsihiekkaa. Sen alapuolella oli noin 10 cm paksu rautapalsi eli iskostunut horisontti, johon ylempää orgaanisina kompleksiyhdisteinä huuhtoutuneet rauta ja alumiini ovat saostuneet. Mikroskoopilla voidaan nähdä, miten nämä saostuneet ainesosat peittävät kvartsihiekan jyväset ja sitovat ne yhteen. Tässä horisontissa oli erittäin runsaasti heikosti kiteytynyttä rautaoksidia, joka on uutettavissa ammoniumoksalaattiliuoksella, kun taas valkomaassa tällaista rautaa oli erittäin vähän. Rikastumiskerroksen alumiinista valtaosa oli pyrofosfaattiin uuttuvassa, oletettavasti orgaanisen aineksen sitomassa muodossa, mikä viittaa aineiden kulkeutuneen tähän horisonttiin nimenomaan kelaatteina eikä epäorgaanisina kolloideina. Syvä kyntö on nostanut valkomaata ja kappaleita rikastumiskerroksen iskostumasta myös muokkauskerrokseen. Rikastumiskerroksen alapuolella kvartsihiekkajyvästen pinnoilla ei ollut paljonkaan rautasaostumia, mutta mikroskoopilla näkyi runsaasti rapautumatonta biotiittia. Rikastumiskerroksen rauta lienee suureksi osaksi peräisin juuri biotiitista, joka on kokonaisuudessaan rapautunut pintamaasta. Vähemmän biotiittia sisältäviin maihin ei todennäköisesti kehity näin vahvaa rikastumiskerrosta maan pienemmän rautapitoisuuden takia. Podsoloituminen on luultavasti pysähtynyt sen jälkeen, kun maa on otettu viljelyyn ja sen pintaosien pH on kalkituksen seurauksena noussut.

The processes involved in Spodosol (Podzol) formation are still being debated. The pedogenic processes in a Spodosol, 10,700 years-old, at Sotkamo that has been cultivated for about 50 years were studied by characterizing the morphology and analyzing the major chemical properties, texture and mineralogy. Before cultivation, organic acids produced by decomposition of organic matter from pine litter in O and A horizons had weathered primary minerals in A and E horizons releasing Al and Fe. Percolating waters moved the organo-metallic complexes from A and E horizons to Bhsm and Bs horizons where the complexes coated and bridged sand grains eventually forming cemented ortstein. Because of the high biotite content of the parent material, the index of accumulation of Fe and Al in the Bhsm horizon (Al + 0.5 Fe = 4.1%) was the highest reported in Spodosols of Finland. The data support the theory of downward movement of Al and Fe as organo-metallic complexes with formation of some ferrihydrite but little or no formation of imogolite type materials. Little, if any, podzolization has likely occurred since the initiation of cultivation because, after agricultural liming and consequent increase of pH in the Ap horizon, organic compounds are likely to chelate Ca and Mg rather than Al and Fe.