A TALAJ

A talaj egy sokkomponensű, háromfázisú, polidiszperz rendszer. Szilárd fázisa ásványi és szerves anyagokból áll, folyadék fázisa a talajoldat, gázfázisa a talajlevegő.

Polidiszperzitására jellemző, hogy a durva homokszemcséktől a kolloid szemcsetartományig a legkülönbözőbb méretű szilárd szemcsék megtalálhatók benne.

2.1.1. A talaj ásványi anyagai

A talaj ásványi részeinek jelentőségét mi sem bizonyítja jobban, mint az a tény, hogy a talaj alkotórészeinek általában több, mint 95%-a ásványi anyag. Ennek összetétele, fizikai és kémiai tulajdonságai igen különbözőek, így a talajok víz- és tápanyag-gazdálkodását, fizikai és kémiai viselkedését nagymértékben befolyásolják.

Talajtani szempontból a következő ásványcsoportoknak van jelentőségük: kloridok, szulfidok, szulfátok, nitrátok, foszfátok, borátok, karbonátok, oxidok, hidroxidok és szilikátok [1]. A szilikátok a talajalkotó ásványok igen változatos csoportját képezik. A SiO4−tetraéderek összekapcsolódásával sziget-, lánc-, szalag-, térrácsos- és rétegszilikátok jöhetnek létre. A rétegszilikátok közül a talajokban az agyagásványok fordulnak elő nagy számban. Egy részük a kőzetekből öröklött, más részük az elsődleges ásványok mállása folyamán keletkezett. Mivel a mállás és a talajképződés elválaszthatatlan, az agyagásványokat úgy kell tekinteni, mint a talajra jellemző ásványokat. Ugyanakkor a talaj agyagos része nem csak az agyagásványokból áll, hanem más kristályos vagy amorf ásványi részekből is.

2.1.2. A talaj szerves anyagai

A talajban található szerves anyagokat tágabb értelemben a következő nagy csoportokba sorolhatjuk:

a talaj élőlényei és a talajon élő növények gyökérzete az elhalt növényi és állati maradványok

a maradványok elbomlása során felszabadult, illetve újraképződött szerves vegyületek

A szerves anyagok utánpótlásának fő forrását a növényi maradványok jelentik.

A szerves maradványok átalakulása bonyolult lebontó és építő mikrobiális folyamatok és az ezekhez kapcsolódó biokémiai reakciók következménye. Lebontásnál a nagy molekulájú vegyületeket a mikroorganizmusok kisebb egységekre bontják, illetve szén-dioxiddá és vízzé alakítják át. A könnyen bontható szerves anyagok – megfelelő feltételek között – gyorsan mineralizálódnak. A nehezen bontható vegyületek jelentős része pedig polimerizálódva és N-tartalmú anyagokkal összekapcsolódva nagy molekulájú, bonyolult szerkezetű vegyületekké, humuszanyagokká alakul. A humuszanyagokat két nagy csoportra oszthatjuk:

1. nem valódi humuszanyagok: ezek közé tartoznak a növényi és állati maradványok bomlástermékei, és a talajban élő mikroszervezetek anyagcseretermékei [2]:

fehérjék, peptidek, aminosavak

szénhidrátok (keményítő, cellulóz, hemicellulóz, pektin, kitin, oldható cukrok)

szerves savak (hangyasav, ecetsav, csersavak stb.) lignin és származékai

zsírok, viaszok, gyanták 2. valódi humuszanyagok

A valódi humuszanyagok bonyolult szerkezetű, savkarakterű polimerek, amelyek egymástól eltérő viselkedésű frakciókból állnak. A különböző humuszfrakciókat klasszikus módon a talaj híg lúgos kezelésével, majd a szűrlet megsavanyításával választhatjuk el egymástól. Ez alapján a híg lúgos kezelés hatására oldatba kerülő anyagokat humuszsavaknak, a nem oldódó részt huminnak nevezzük. A szűrlet megsavanyítása után kiváló csapadék a huminsavakat, az oldat a fulvosavakat tartalmazza. A kivált csapadék alkoholban oldódó részét himatomelánsavaknak nevezzük. A nem oldódó rész kétféle anyagcsoportot tartalmaz: a szürke és a barna huminsavakat.

A humuszanyagok különböző komponensei nem egyforma erővel kötődnek a talaj ásványi részéhez. A szabad humuszanyagok azok, amelyek a CaCO3-hoz, agyagásványokhoz, a Fe- és Al-vegyületekhez nem kapcsolódnak. A gyengén kötött humuszanyagok közé tartozik a Ca²⁺ által koagulált, valamint az agyagásványokhoz és a Fe2O3-hoz, Al2O3-hoz lazán kapcsolódó humusz. A Fe- és Al-hidroxidokhoz (oxidokhoz) erősen kötött szerves anyagok képezik a nehezen kioldható humuszfrakciót. Végül a humusznak van egy nem mobilizálható része, amely a lúgos és erősen savas kezelés hatására sem oldható ki a talajból.

A humuszanyagok pontos kémiai szerkezete a mai napig sem felderített. Ennek alapvetően az az oka, hogy a humusz igen változatos méretű és különböző szerkezetű molekulákból, összetett anyagcsoportokból áll [1]. Néhány alapvető tulajdonságot azonban sikerült megállapítani:

1. A humuszsavak gyűrűs szerkezetű építőköveket tartalmazó, nagy molekulájú vegyületek.

2. A huminsav molekula vázát egymáshoz kapcsolódott aromás gyűrűk alkotják (legfontosabbak a polifenol és a kinon típusú alkotórészek)

3. A molekulaváz aromás gyűrűi részben közvetlenül, részben pedig hídkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz (pl. −O–; –NH–; =N–; –C≡C–; –S–) 4. A vázhoz jellemző oldalláncok kötődnek, melyek főként szénhidrátszerűek,

peptid vagy aminosav jellegűek.

5. A huminsavak tulajdonságait jelentősen befolyásoló reaktív csoportok mind a vázon, mind az oldalláncokon előfordulnak. Ezek közül a karboxil, fenolos-OH, az alkoholos-OH és a karbonil csoportok savas jellegűek, az imino és az amino csoportok bázikusak.

6. A nitrogén a humuszban három fő kötési formában fordul elő: mag-N (heterociklusos gyűrűkben), híd-N és reaktív csoportokban levő N.

2.1.3. A humusz szerepe a talajban

A humuszanyagok döntő szerepet játszanak a talajok szerkezetének kialakításában. Mivel a huminsavak kétvegyértékű fémionokkal alkotott sói vízben nem oldódnak, a Ca-humátok által összeragasztott aggregátumok vízállóak és porózusak. A huminsavak Fe- és Al-oxidokkal/hidroxidokkal társulva – agyagásványok jelenlétében – szintén tartós szerkezeti elemek kialakulásához vezetnek. Igen jelentős szerkezetkialakító tényező a szerves és az ásványi kolloidok összekapcsolódásával létrejött agyag–humusz komplexum, amelynek sémáját az 1. ábra mutatja [1].

1. ábra: A szerves–ásványi komplexum felépítésének sémája

2.1.4. Talajkolloidok

A kolloidokra jellemző 1-500 nm-es mérettartománnyal szemben a talajokban 2 µm-es szemcseátmérőt fogadtak el felső határnak, amelyet az agyagásványok lemezes szerkezete és több talajkolloid nagy belső felülete tesz indokolttá. Alakjuk szerint megkülönböztetünk lamelláris (pl. montmorillonit, kaolinit stb.), fibrilláris (pl.

humuszkolloidok) és korpuszkuláris (pl. finomeloszlású kvarc-, csillám- vagy földpátszemcsék stb.) kolloidokat. Ha a részecskék felületén ionok, ionizált csoportok vagy poláris molekulák vannak, akkor a kolloid felülete poláris. Attól függően, hogy a felületi töltések zömmel negatívak vagy pozitívak-e, a poláris felületek elektronegatív vagy elektropozitív jellegűek lehetnek. A talajkolloidok túlnyomó része elektronegatív.