3. Talaj fizikai tulajdonságainak jellemzői és azok mérése
3.2. A talajok vízgazdálkodása
ahol m a talaj száraz tömege, V pedig a minta térfogata. Ez a mérés a rendszer pillanatnyi állapotára jellemző értéket ad, ami többnyire 0,8-1,7 között van. Átlagértéke 1,45 g/cm3. A szilárd fázis sűrűsége (ρsz) a részecskék egységnyi térfogatának tömege. Mivel az ásványi rész túlnyomó többségét alkotó szilikátok sűrűsége egymáshoz hasonló, a talajok sűrűsége nem mutat olyan nagy eltéréseket, mint a térfogattömeg. Általában 2,6-2,65 g/cm3 körüli. A nagy szerves anyag tartalom mind a térfogattömeg, mind a sűrűség értékét csökkenti. Ha tehát a két értéket ismerjük, akkor a 100·(ρ/ρsz) összefüggés megadja a szilárd részecskék %-os arányát, amit kivonva a 100%-ból, megkapjuk a pórustér %-os értékét. A talaj összporozitásának értéke 35-70% között van, kedvező esetben 50-60%.
3.2. A talajok vízgazdálkodása
A talajok vízgazdálkodását a bennük tárolható víz mennyisége, annak mozgékonysága (növények általi felvehetősége), valamint a nedvesség térbeli és időbeli változása alapján lehet jellemezni. A talajnedvesség (folyékony fázis) közvetlen kapcsolatban áll a talaj szilárd és légnemű fázisával, valamint a növények gyökérrendszerével.
3.1. táblázat. A textura osztályok megállapítására szolgáló talajfizikai jellemzők határértékei [11]
ásványi talajoknál
A talaj nedvességtartalmát úgy határozhatjuk meg, hogy a nedves talajminta tömegéből kivonjuk a 105-110°C-on szárított talaj tömegét. Ezt kifejezhetjük mind tömeg, mind térfogatszázalékban is.
Fontos jellemzője a talaj vízgazdálkodásának a relatív víztartalom, amely azt jelenti, hogy adott nedvességtartalomnál a pórustér hány százalékában van vízzel kitöltve.
3.2.1. A talaj vízkapacitása
A vízkapacitás azt a vízmennyiséget jelenti, amit a talaj visszatartani, befogadni képes. A vizsgálati körülmények szerint szabadföldi és maximális vízkapacitást különböztetünk meg.
A szabadföldi vízkapacitás az a vízmennyiség, amit a talaj beázás után, a gravitációval szemben, természetes környezetben vissza tud tartani. Azt mondhatjuk, hogy ebben az állapotban a 10 μm-nél nagyobb átmérőjű pórusokmár levegőt tartalmaznak. A maximális vízkapacitás a talaj pórusterét teljesen kitöltő víz mennyisége. Ekkor kétfázisú talajról beszélünk, hiszen a rendszer nem tartalmaz gáznemű fázist.
A maximális és szabadföldi vízkapacitás különbsége tehát a leszivárogni képes gravitációs víz mennyiségét adja meg, illetve a gravitációs pórusok össztérfogatát mutatja. A maximális vízkapacitás mértékét a 3.2. táblázat mutatja. Az intenzív zöldtető talaja a sűrűbb növényzet miatt nagyobb mennyiségű vizet képe megkötni.
3.2. táblázat: Vegetációs táptalaj maximális vízkapacitása tömörített, illetve beépítési állapotban [11]
Vegetáció és rétegfelépítés szerint Max. Vízkapacitás
Intenzív = 45 térf.-%
Extenzív -többrétegű*
-egyrétegű**
= 35 térf.-%
= 20 térf.-%
*olyan építésmód, amely egymástól függetlenül kialakított szivárgó-, és szűrőrétegből, valamint ültető közegből épül fel. **olyan építésmód, ahol az ültetőközeg a szivárgó- és a szűrőfeladatokat is ellátja.
3.2.2. Nedvességformák
A kötőerők nagysága és a víz mozgékonysága szerint, talajfizikai nézőpontból, a következő nedvességformákat lehet megkülönböztetni.
a) Kötött víz
Szorosabb értelemben csak a talajrészecskék felületi erői által megkötött vízfilmet nevezzük kötött víznek, tágabb értelemben azonban ide kell sorolni a kémiailag kötött, szerkezeti vizet is, amely a 105°C-os szárítás után sem távozik el a talajból.
b) Kapilláris víz
A 0,2-10 μm átmérőjű kapillárisokban lévő, és a talajrészecskék érintkezési pontjainál visszatartott ún. pórusszögletvíz tartozik ide. A kapilláris nedvességben jelentős mennyiségű növényi tápanyag és egyéb vegyület oldódik. Ezeket a talajban mozgó víz a kisebb nedvességtartalmú terek felé magával viszi. A kapillárisok feltöltődése a lefelé szivárgó vízből és a talajvízből, tehát alulról történhet. Az előbbit függő, az utóbbit támaszkodó kapilláris nedvességnek hívjuk.
c) Szabad víz
Szabad víz csak a kapilláris pórusok telítődése után jelenik meg a talajban, amely egyáltalán nem, vagy csak igen gyengén kötődik a szilárd fázishoz.
3.2.3. Nedvességpotenciál
A talajok vízháztartása leginkább a pórusnagyságok eloszlásától függ. A lehullott csapadék által a talajba jutott nedvesség részben a közép- és finompórusokban kötődik meg. Ezeket kötött víznek nevezzük. A víz többi része, mint szivárgóvíz a durva szemcséken keresztül a talaj mélyebb zónáiba jut, ahol zöldtetők esetében a szivárgórétegen keresztül el lesz vezetve.
Megemlítjük, hogy a széles pórusok gyorsan víztelenítődnek (légkapacitás), a szűk pórusok ezzel ellentétben pedig lassan. A kötések erőssége is nő a csökkenő pórusnagyságokkal párhuzamosan (kapillárisvíz). A finompórusok (f<0,2 µm) nedvességpotenciálja 15.000 cm, illetve 4,2 pF körüli értéket mutat.1 (magyarázat: ”p” a logaritmusra utal, „F” a szabad energiára: pF=log cm) A finompórusokban lévő víz a magas nedvességpotenciálja miatt a növények számára nem elérhető. Ha víztartalom pF=4,2, akkor ezt állandó hervadáspontnak nevezzük. Ez azon állapotot írja le, amikor a növények transzspiráció útján leadott vizet a talajból már nem tudják pótolni. [81]
A középpórusokban lévő víz nedvességpotenciálja lényegesen kisebb, mint finompórusokban, így ez a növények számára elérhető tápanyag.
A szűkebb durva pórusokban lévő víz rövid ideig bár, de a vegetáció számára hozzáférhető (rövid idejű késleltetés). Ez utóbbi maga a vízmegtartó képesség. A hasznos vízmegtartó képesség [térf.-%] az állandó hervadáspontnál lévő vízmennyiség és vízmegtartó képesség hányadosa. Ez a mennyiség a középpórusok víztartamának felel meg (hosszúidejű visszatartás). A különböző talajok nedvességpotenciálját a 3.3. táblázatban láthatjuk. A nedvességpotenciál és a víztartalom kapcsolatát a 3.3. ábra mutatja különböző talajokra.
3.3. táblázat: Nedvességpotenciál a pórusnagyság függvényében [66]
1 A talaj víztartó képesség függvényének (pF-görbe) meghatározására szolgáló mérési módszert Magyarországon Várallyay György, kb. 30 éve alakította ki és vezette be. A pF-görbe meghatározására a mintavétel, a víztelítést követően a homok-, illetve kaolinlapos mérőedényekben, majd a nyomásmembrános készülékekben történő mérési eljárás leírása Várallyay munkáiban található.
Pórusnagyság Nedvességpotenciál pF
Pórusátmérő [*µm] Vízoszlop [cm]
Széles durva pórusok >50 0-60 0-1,77
Szűk durva pórusok 50-10 60-300 1,77-2,54
Középpórusok 10-0,2 300-15000 2,54-4,2
Finompórusok <0,2 >15000 >4,2
3.3. ábra A nedvességpotenciál és víztartalom közötti viszony (PWP: hervadáspont, FK:
vízmegtartó képesség) [71]
A növények által hasznosítható víz mennyisége megközelítőleg a maximális vízkapacitás és a talaj finom pórusaiban kötött víz mennyiségének különbözeteként kapható meg (pF> 4,2 esetén, kb. 10-15 térf.%)
A vegetációs táptalajnál maximális vízkapacitás esetén a légtartalma nem kerülhet 10% alá.
Ha az említett érték az alatt van, kiegészítésként 1,8 pF-nél (ami a durva pórusok részarányára utal) is meg kell vizsgálni a levegőtartalmat, amelyre az alábbi határértékek érvényesek.