A talajok aggregátum-stabilitásának vizsgálati módszerei

A talajok makroaggregátum-stabilitását (MaAS) az Eijkelkamp nedves szitálásos mérőké-szülékével (wet sieving method set, gyártmánykód: 08.13) végeztük (6. ábra). A mérésekhez

mintánként 4 g légszáraz, 1 és 2 mm közötti mérettartományba eső aggregátumokat tartalmazó talajt használtunk (KEMPER &ROSENAU, 1986). A talajmintákon közvetlenül légszáraz állapot-ban végeztünk aggregátum-stabilitás méréseket, illetve elvégeztük a vizsgálatokat előnedvesí-tett talajmintákon is. Az előnedvesítéssel az aggregátumokból a levegőfázis vízfázis általi ki-szorítását, a levegőfázis szabad távozását kívántuk elősegíteni és ezáltal a bezárt és egyre nö-vekvő nyomású légbuborékok hirtelen aggregátum-szétrobbantó hatását elkerülni.

Előkísérleteink alapján az előnedvesítésre a legalkalmasabbnak azt a módszert találtuk, mely-nek során a bemért légszáraz talajmintát a készülékhez használt 0,25 mm-es szitácskákra tesz-szük, majd a szitácskákat egy Petri csészébe itatóspapírra helyezzük és a Petri csésze alját óva-tosan nedvesítve (kapilláris úton történő) 5 perc előnedvesítési időt engedélyezünk.

A mérések során a továbbiakban a légszáraz vagy előnedvesített talajmintákat tartalmazó szitácskákat a készülékbe helyeztük, belemerítettük a készülék desztillált vizet tartalmazó edé-nyeibe (minden szitácskához saját edény tartozik), majd a készülék bekapcsolás után 3 percig, percenként 34-szer, 1,3 cm-es emelési magassággal fel-le emelgette a szitákat a folyadékban.

A 3 perc eltelte és rövid lecsepegési idő után a minták alatt kicseréltük az edénykéket. Az új edényekbe Na-pirofoszfát diszpergáló oldatot öntöttünk (koncentrációja: 2 g L^-1), belemerítet-tük a mintákat tartalmazó szitácskákat, majd folytattuk a minták szétiszapolását az előzőekben ismertetettek szerint, ezúttal 8 percig. Ez idő eltelte után a még diszpergálatlan talajaggregátumokat gumi-keverőbottal a szitán óvatosan szétnyomkodtuk, majd a Na-pirofoszfátot tartalmazó edénybe mostuk. Így a diszpergálás után a szitákon már csak a 0,25 mm-nél nagyobb elemi szemcsék, illetve a különféle szerves maradványok maradtak. A méré-seket legalább három ismétlésben végeztük. Mind a desztillált vizet, mind pedig a diszpergáló oldatot tartalmazó gyűjtőedényt elektromos főzőlapon bepároltuk, 105 ^oC-on szárítószekrény-ben kiszárítottuk, majd megmértük a tömegüket. A talajminták stabil makroaggregátumainak arányát (MaAS (%)) az 7. egyenlet alapján számítottuk ki:

𝑀𝑎𝐴𝑆 (%) =_𝑓 ^𝑓𝑑

𝑛𝑑+𝑓_𝑑× 100 (7.) ahol: fnd a desztillált vizet tartalmazó edény (vízben nem stabil aggregátumok), fd pedig a diszpergáló oldatot tartalmazó edény (vízben stabil aggregátumok) bepárlási maradéka.

6. ábra

A makroaggregátum-stabilitás mérésére használt Eijkelkamp készülék

Makroaggregátum-stabilitási méréseket szerves folyadékkal (DUNASOL 180/220) is végeztünk – előkísérleti jelleggel – néhány talajmintán, némiképp módosítva a fent leírt módszertant. Ez esetben a sziták alatti edényekbe a szerves folyadékot töltöttük, majd a fenti módon kapilláris úton szerves folyadékkal előnedvesített talajmintákat (1 és 2 mm közti szemcsefrakciók) tartalmazó szitákat 3 percig fel-le emelgettük a fent leírt módon. Mind az edényekben lévő szerves folyadékban lévő, mind pedig a szitácskákon fennmaradt talajokat a szerves folyadékkal átmostuk előre lemért tömegű szűrőpapíron keresztül, majd a szűrőpapírokat megszárítottuk 105 ^oC-on, végül lemértük a tömegüket. A számítás során az 7.

egyenletet használtuk azzal a módosítással, hogy fnd az edénybe mosódott talajrészecskék tömege, míg fd a szitácskákon fennmaradt talaj tömege volt. (A számítások során korrekciós tényezőként figyelembe vettük a szitácskákon fennmaradt talaj tömege esetében a talajminták 0,25 mm-nél nagyobb ásványi és szerves alkotóinak átlagos mennyiségét – a desztillált vízzel történt mérések adatainak felhasználásával.)

Mind a desztillált vízzel, mid pedig a szerves folyadékkal végzett méréseket minimálisan három ismétlésben végeztük.

Az aggregátum-stabilitási mutatók közti különbségek szignifikanciáját egyutas variancia-analízissel (one-way ANOVA) ellenőriztük. Az átlagok összehasonlítására – a varianciák ho-mogenitásától függően – a Duncan, illetve a Tamhane-féle T2 tesztet alkalmaztuk (P= 0,05 szignifikancia szinten).

3.3.2.2. Mikro- és makroaggregátum-stabilitás vizsgálatok lézeres szemcseanalizátorral

Aggregátum-stabilitás méréseket végeztünk a Lengyel Tudományos Akadémia Agrofizikai Kutatóintézetében desztillált vízzel és szerves folyadékkal (DUNASOL 180/220), lézeres szemcseanalizátor alkalmazásával. A mérésekhez Malvern Mastersizer 2000 készüléket hasz-náltunk, Hydro G diszpergálóegységgel. A mérések során légszáraz, nem előnedvesített talaj-mintákkal dolgoztunk (a későbbiek során tervezzük a mérések megismétlését kapilláris úton előnedvesített mintákkal is). Desztillált vizes közegben két méréssorozatot végeztük: (a.) az első esetben a 2 mm alatti teljes frakció szétiszapolódását vizsgáltuk, (b.) a második esetben a 3.3.2.1. fejezetben ismertetett makroaggregátum-stabilitási vizsgálatokkal való összevethető-ség céljából – néhány kiválasztott talajon – szitasorral szétválasztott 1-2 mm-es aggregátumok-kal dolgoztunk. A lézerdiffrakciós aggregátum-stabilitási mérések során a 3.3.1.2.1. fejezetben ismertetettek szerint jártunk el, ezen a helyen csupán az ott bemutatott módszertől történt elté-réseket írom le. A vizsgált talajmintáknak elsőként meghatároztuk a diszpergálás utáni mecha-nikai összetételét. A diszpergálás során 240 másodperces 100%-os (35 W, illetve 40 kHz) ult-rahang kezelést alkalmaztunk, a szuszpenzióhoz kémiai diszpergálószert nem adtunk. Három független bemérésből három-három MÖ görbe adatait rögzítettük. Ezután ultrahangos diszper-gálás nélkül vizsgáltuk – meghatározott időközönként – a talajminták szemcseösszetételét. A 2 mm alatti teljes talaj vizsgálata során egy minta vizsgálata során egymás után 30 alkalommal, kb. 80 másodpercenként végeztük a szemcseösszetétel méréseket. Ez esetben mintánként mini-mum 2 független bemérésből mértünk; ahol az eltérések a két mérés közt jelentősek voltak (egy-egy összehasonlítható időpontban az agyag-, por és homokfrakció relatív standard szórása, RSD > 5% ), újabb bemérés-ismétléseket végeztünk. Az 1-2 mm közti frakció vizsgálata során 30 másodpercenként rögzítettük a szemcseösszetétel görbét, egy órán keresztül. Ezek a méré-seket egy független bemérésből történtek.

Az 1-2 mm közti frakciók szétiszapolódási vizsgálatait előkísérlet jelleggel elvégeztük szer-ves folyadék (DUNASOL 180/220) közegben is.

A talajok mikroaggregátum-stabilitását (MiAS %) – a szakirodalomból ismert, pipettás mé-résekre alapozott – Vageler-féle struktúrfaktor (VAGELER, 1932) mintájára számoltuk a

diszpergált (cd) és nem diszpergált (cnd) LDM agyagfrakció (<6,6 µm, MAKÓ et al., 2017) ará-nyából (8. egyenlet):

𝑀𝑖𝐴𝑆 (%) =^{𝑐𝑑−𝑐}_𝑐 ^𝑛𝑑

𝑑 × 100 . (8.) A számításhoz – a diszpergált MÖ görbékkel való jobb összehasonlíthatóság kedvéért – a disz-pergálás nélküli MÖ görbék közül a 240 másodperchez legközelebb eső időpontban mértek adatait használtuk.

A MÖ görbék alapján átlagos geometriai átmérőket (GMD) számoltunk (KEMPER &

ROSENAU, 1986). A nem diszpergált és a diszpergált talajok GMD értékeinek arányából agg-regátum-stabilitási indexeket (SIGMD) számoltunk.

A talajminták eliszapolódási sebességének jellemzésére vizsgáltuk a talajok diszpergálás nélküli LDM MÖ eredményeiből számított agyag- (< 6,6 m), por- (6,6 – 60,3 m) és homok-frakciójának (> 60,3 m) változását az idő függvényében. Vizsgálatainkhoz felhasználtuk FIELD ÉS MINASNY (1999), illetve MASON és munkatársai (2011) diszperziós modelljeitt, me-lyek kisebb módosításával a talajok diszperziós görbéit az első rendű kémiai reakciók analógi-ájára írtuk le az alábbi egyenletekkel:

P = A0 * [1- exp(- k2 * T)] + C2, (9.)

A = A0 * exp(- k1 * T) + C1, (10.)

B = -A0 * [exp(- k1 * T) – exp(- k2 * T)] + C2, (11.) ahol: P az agyag-, A a homok- és B a porfrakció diszperziós görbéjét írja le; k1 és k2 a sebesség konstansok (k1 az aggregátumok szétesés, k2 pedig a diszpergálódás sebesség konstansa, mér-tékegységük: tf% s^-1), T a mérés kezdetétől eltelt idő (sec), A0 a teljesen diszpergálódott talaj agyagtartalma (tf%); C1 a teljesen diszpergálódott talaj homoktartalma (tf%); C2 a teljesen diszpergálódott talaj porfrakciója (tf%). Minden időben teljesülnie kell annak a feltételnek, hogy A+B+C = 100.

Az LDM MÖ mérések adataira mintánként illesztettük a 9-11. egyenleteket nem lineáris regressziós illesztéssel (Excel Solver bővítmény) úgy, hogy a mért és becsült agyag- és homok-frakció négyzetes eltéréseinek összegét minimalizáltuk, és az illesztési paraméterek (k1, k2, A0, C1, C2) kezdő- és határértékeit a diszpergálással elvégzett LDM MÖ mérések adatai és a szak-irodalmi adatok alapján állítottuk be.

Az aggregátum-stabilitási mutatók közti különbségek szignifikanciáját egyutas variancia-analízissel (one-way ANOVA) ellenőriztük. Az átlagok összehasonlítására – a varianciák ho-mogenitásától függően – a Duncan, illetve a Tamhane-féle T2 tesztet alkalmaztuk (P= 0,05 szignifikancia szinten).

3.3.3. A talajszerkezet és a víztartó képesség kapcsolatának vizsgálati módszertana