A talaj szerves alkotói

A talajban található szervesanyag-tartalom – a humusz (szerves maradványok többé-ke-vésbé átalakult része) – nem egységes anyag, hanem különböző kémiai összetételű és fizikai viselkedésű szerves anyagok keveréke. Alkotói alapján két csoportra, a nem valódi humusz-anyagokra (fehérjék, peptidek, aminosavak, szénhidrátok, szerves savak, lignin, zsírok, viaszok, gyanták) és valódi humuszanyagokra (geopolimerek) bontható [18]. Ez utóbbiak a természet élő szénciklusából kikerülő szerves molekulák véletlenszerű halmazából képződő, kémiailag heterogén összetételű, funkciós csoportokban gazdag, természetes makromolekulás anyagok, amelyek a szervesanyag-mineralizáció köztes termékeinek tekinthetők [11], [21], [22].

Növényi és állati eredetű anyagokból jönnek létre fizikai, kémiai, enzimatikus és mikrobiológiai átalakulások során az ún. humifikációs folyamatban. A természet legelterjedtebb nem élő szerves anyagai, megtalálhatók talajokban, üledékekben, tőzegben, felszíni és felszín alatti vizekben, fiatalabb szenekben és a légköri aeroszolban is. Számos

környezeti kémiai folyamatot befolyásolnak, szerepük meghatározó a természetes vizes rend-szerekben történő anyagmozgásban, mely hatással van a szennyező anyagok sorsára [22].

A talaj összes szervesanyag-tartalmát a talaj humusztartalmának nevezik. Ezt összes szerves szén mérésével (TOC) állapítják meg, a kapott TOC értéket egy 1,72-es szorzóval átszámítják a humusz mennyiségére. A humusztartalom (ezen belül pedig a humuszanyag) fontos a növény-védőszer-dózis alkalmazandó vagy alkalmazható határértékeinek megállapításához is [23].

A humusz fontos agrokémiai és környezetvédelmi szereppel rendelkezik [20]. A talajter-mékenységhez lényegesen hozzájárul, fontos a talaj hő- és vízgazdálkodásában, a talajszerkezet kialakulásában. Közvetlen, valamint a kelátképzés révén közvetett tápanyagforrás, befolyásolja a biológiai aktivitást. Környezetvédelmi szerepe az adszorpciós- és pufferképességben, a kelátképzésben (toxikus nehézfémek) nyilvánul meg, emiatt jelentősége van – mennyiségileg és minőségileg egyaránt – a talaj környezetvédelmi kapacitásának (EPC) meghatározásában, amelyet Hargitai L. vezetett be és alkalmazott hazai talajaink jellemzésére [20], [23], [24], [25].

Az általános és specifikus EPC a következőképpen adható meg:

K

ahol H: a %-os humusztartalom egy adott rétegre D: a humuszréteg vastagsága cm-ben

K és R: a humusz minőségére vonatkozó értékek.

Hargitai eredményei szerint, ha a talajhumuszt 1 %-os NaF és 0,5%-os NaOH oldószerekkel vonjuk ki, akkor a talajmódszertani szakirodalmakban fellelhető bonyolult frakcionálási eljá-rások helyett a kétféle extraktum optikai módszerrel történő összehasonlításával lehetővé válik a humuszanyagok minőségi vizsgálata. A nátrium-hidroxid oldattal a nyersebb, nem humifikált, kevésbé kedvező tulajdonságú szervesanyagok oldódnak ki főleg, a nátrium-fluorid oldatba pedig a nagy molekulájú, jól humifikált, többnyire még a talaj kalcium-ionjaihoz is kötött nagyobb stabilitású, jó minőségű humuszanyagok kerülnek. Amennyiben a kétféle extraktumot fotometriásan összehasonlítjuk, akkor a fényelnyelés (a mért fényelnyelés átlaga a látható fény tartományában, 6 hullámhosszon) aránya egy jellemző számértéket ad. Ez az ún. stabilitási koefficiens. Ha ezt az értéket osztjuk a humusztartalommal (H), az ún. humuszstabilitási koefficienst (K) kapjuk:

H

A K lehetőséget nyújt a kalciumhoz kötött és a szabad humuszanyag arányának kifejezésére.

K értékével nő a humifikáció (nyers humuszra 0,01; csernozjomra 10 körüli érték [25]), és ennek köszönhetően a kelátképzés fokozottabb. Ezért a K érték alapja lehet a humusz környezetvédelmi megítélésének. A jó minőségű humuszanyagban különösen sok a nitrogén, amely fokozza a szennyező ionnal vagy molekulával a kötés kialakításának lehetőségét. Ezt is figyelembe vehetjük a humusz szén és nitrogén elemi összetételéből képzett C/N hányadossal a következő módon:

) / (C N

R= K , (14)

amely a specifikus EPC kifejezésében szereplő R minőségi érték. A humifikáció növekedésével párhuzamosan a C/N hányados csökken [25], [26]. EPC értéke minél nagyobb (pl. EPC(G) kis humusztartalmú homoktalajra 21,77; csernozjomra 2258,42 [25]), annál kisebb a kockázata pl.

a nehézfém-szennyezésnek [24], mivel a talajhoz kötött humuszanyagok megkötik azokat, így mobilitásuk csökken. A komplex humuszértékelő rendszer [25] lehetővé teszi a humuszminőség sokoldalú megközelítését, alkalmas a humuszállapot megbecslésére például a földhasználat, a talajtermékenység valamint a környezetvédelem szempontjából.

A humuszanyagok (HS) kémiai szerkezetének felderítésére számos roncsolásos (pl. pirolízis, hidrolízis, oxidáció) és nem roncsolásos (pl. spektroszkópiai, kromatográfiai, elektronmik-roszkópiai, elektroanalítikai) módszert alkalmaznak [22]. Általánosságban a HS jellemző szerkezeti egysége az aromás váz (izo- és heterociklikus gyűrűk), amelynek egyes részeit pl.

C-C, C-O-C és N hidak kötik össze, a vázhoz pedig eredettől függően közbenső bomláster-mékek, pl. fehérje, peptid, aminosav vagy szénhidrát egységek és apoláris alkil oldalláncok (növényi viaszokból, állati zsírokból, olajokból származó) kapcsolódnak [5], [21], [22].

Az összekapcsolódás (gyűrűzáródás, aromatizáció, polimerizáció, kondenzáció stb.) révén sötét színű, nagy molekulájú, jelentős külső és belső felülettel rendelkező ún. röntgenamorf kolloidok képződnek [19], amelyek nem jellemezhetőek jól definiált szerkezettel [20], [27].

A HS tulajdonságait jelentősen befolyásoló funkciós csoportok, a savas jelleget hordozó –COOH és fenolos –OH csoport (előfordul még alkoholos –OH, –C=O) valamint a bázikus tulajdonságú, kisebb mennyiségben előforduló –NH, –NH2 csoportok mind a vázon, mind az oldalláncokon megtalálhatóak. A humuszanyagok alapvető, domináns jellemzője a savasság, tulajdonságaikat, viselkedésüket elsődlegesen a savas jellegű funkciós csoportok disszociációs állapota határozza meg (kialakuló lokális elektrosztatikus tér). Vizes oldataik egyaránt mutatják az asszociációs kolloidok és a polielektrolitok tulajdonságait, a körülmények viszonylag cse-kély változtatásával pedig a kolloid diszperziók jellegzetességeit [22]. A molekulák nagysága a

váz méretétől, a hidrofilitás pedig elsősorban a funkciós csoportok és az oldalláncok mennyi-ségétől és minőmennyi-ségétől függ. Minél kondenzáltabb a vázszerkezet, annál kevésbé mozgékony a molekula. A molekula-mag általában hidrofób, az oldalláncok alkil csoportjai is ilyen jellegűek.

A HS-t klasszikusan a lúgban és savban való eltérő oldhatóságuk alapján a fulvosavak (FA), huminsavak (HA) és a humin (HU) csoportjára osztják fel [5]. A szénülés előrehalad a csoportokban, azaz bennük a szén aránya egyre nagyobb.

A fulvosavak viszonylag kis molekulatömegű (kb. 2000), savas funkciós csoportokban gazdagabb, jobban oldható frakciót alkotnak (savban és lúgban is oldódnak) [5], [18], [21], [22]. A huminsavak nagy molekulatömegűek (5000-100000), savas oldatban kicsapódnak.

A fulvosavakban a HA-hoz képest a mag aromás gyűrűihez viszonyítva nagyobb az oldalláncok száma. A FA adszorpciós kapacitása is jelentősebb, mivel bennük több aktív csoport található.

A FA és HA savassága, ionmegkötő képessége, oldhatósága az aktív csoportok mennyiségétől függ. A FA és HA széles pH-tartományban negatív töltésűek a disszociáció miatt [28], [29].

A FA a HA-nál lényegesen mozgékonyabb, elektrolitokkal szemben kevésbé érzékeny [23].

A fulvosavak egy- és kétértékű fémionnal alkotott sói (fulvátok) oldódnak vízben, a három-értékűek kicsapódnak. A huminsavak esetén már a kéthárom-értékűek is kicsapódnak (a Ca-humát víz hatására duzzad, de nem oldódik). A FA világosabb (fulvus = sárga), a HA sötét színű.

A humin olyan anyagok csoportja, amely a hideg, savas és lúgos oldás folyamán nem oldható ki a talajból. Ez a humuszanyag-frakció kötődik legerősebben a talaj ásványi részéhez.

Molekulatömege és polimerizáció foka az előbbi két csoportnál nagyobb, kevesebb az aktív csoportok száma, így kevésbé savas jellegűek és kisebb oldhatóságúak is.