Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

A foszfor

A foszfor

A foszfor létfontosságú sejtalkotórészek, a nukleoproteinek és a foszfolipidek építőeleme. A lecitin pl. nélkülözhetetlen alkotója a különböző sejtmembránoknak. A DNS és RNS alkotóelemeként részt vesz az életfolyamatok szabályozásában. Az ATP, ADP és koenzimek alkotórészeként a foszforilálási folyamatokban és a növények energia-háztartásában fejti ki hatását. A foszfor szinte minden élettanilag jelentős folyamatban, így a fotoszintézisben, a glikolízisben, a citromsavciklusban, a szénhidrátszintézisben részt vesz, s ennek következtében nélkülözhetetlen. A foszfor a növényekben ortofoszfát vagy pirofoszfát kötésben van jelen.

Foszfor a talajban

A talajok összes foszfortartalma 0,02–0,10% (1% P = 2,29% P2O5). Az összes foszfortartalomnak csak igen kis része hasznosítható közvetlenül. A foszfor a talajban szerves és szervetlen kötésben fordul elő. A két frakció aránya változó, többnyire 50-50%.

A szerves kötésű foszfor legnagyobb része (60%) fitin, inozit-hexafoszfát. A nukleinsavak, foszfolipidek, foszfoproteinek és cukorfoszfátok részaránya viszonylag kicsi (5–10%). A szervesfoszfor-tartalom mintegy 30%-a nem pontosan ismert formában, huminsavakhoz, fulvosavakhoz kötve van jelen. A szervesanyag-tartalom és a foszfortartalom között nincs szoros összefüggés. A C/P arány termékeny, jó humuszminőségű talajokon 100. Nagy szervesanyag-tartalmú talajokon a C/P 1000 is lehet. A 150 feletti értékek kedvezőtlenek. A szervesfoszfor-tartalom mineralizációjának üteme lassú.

A szervetlen foszfortartalom részben natív eredetű (apatitok), részben pedig az apatitok mállástermékeiből és műtrágyákból kialakult új képződményekből áll. Az utóbbiak általában az agyagfrakcióban találhatók nagyobb mennyiségben, mivel oda kötődnek.

A talajképződés során keletkezett eredeti foszfortartalmat a nehezen oldható hidroxiapatit és még nehezebben oldható fluorapatit izomorf elegykristályai képezik, amelyek csak igen lassú fizikai-kémiai mállásfolyamatokban alakulnak át.

Ca5(PO4)3OH hidroxiapatit

Ca5(PO4)3F fluorapatit

A műtrágyákkal talajba juttatott vízoldható monokalcium-foszfát (Ca/H2PO4/2) és a citrátoldható dikalcium-foszfát (CaHPO4) viszonylag gyorsan alakul át nehezebben oldható foszfátokká. Meszes talajokban kalcium-foszfátok, savanyú talajokban vas- és alumínium-foszfátok képződhetnek.

Átalakulási termékek a talajban:

CaHPO4 · 2H2O dikalcium-foszfát-dihidrát,

CaHPO4 dikalcium-foszfát,

Ca4H(PO4)3 · 2,5H2O oktakalcium-foszfát,

Ca8H2(PO4)6 · 5H2O oktakalcium-foszfát,

AlPO4 · 2H2O variszcit,

FePO4 · 2H2O strengit,

Fe3(PO4)2 · 8H2O vivianit.

A vivianit csak anaerob viszonyok között, pl. láptalajokon fordul elő. Nagy műtrágyaadagok használata esetén, a műtrágyaszemcsék közvetlen környezetében taranakit képződhet, amely szintén nehezen oldható vegyület:

(K,NH4)3Al5H6(PO4)8 taranakit.

A frissen kicsapott vegyületek kis oldhatóságuk ellenére is könnyebben hozzáférhetők a növények számára, mint a primer ásványi képződmények, mivel rendkívül finom eloszlásban fordulnak elő a talajban. A kicsapott vegyületek hasznosíthatósága a keletkezett vegyületek átkristályosodása révén egyre csökken.

A különböző foszfátok oldhatóságát a pH függvényében a 30. ábrán mutatjuk be.

30. ábra - Foszfátok oldhatósága a pH függvényében (Lindsay és Moreno 1960)

kepek/30abra.png


Az ábrából kitűnik, hogy növekvő pH hatására a kalcium-foszfátok oldhatósága csökken, a vas-, aluminium-foszfátok oldhatósága pedig növekszik. A strengit, variszcit és kalcium-foszfátok oldhatósági görbéinek metszéspontjában a vas-, alumínium- illetve a kalcium-foszfátok egyensúlyban vannak. A dikalcium-foszfát viszonylag széles pH-intervallumban oldható. A kalcium-foszfátok oldhatósága azonos pH mellett a következő sorrendben nő:

fluorapatit < hidroxiapatit < oktakalcium-foszfát < dikalcium-foszfát.

Savanyú talajokon jelentős foszformennyiség kötődhet meg anionadszorpció révén elsősorban vas- és alumínium-oxidhidrátokon és az agyagásványok felületén.

A foszforvegyületek oldhatóságát figyelembe véve, a foszfor felvételére legkedvezőbb a pH = 5,5–7,0 kémhatástartomány, mivel a kedvezőtlen lekötődési, illetve átalakulási folyamatok elsősorban e pH-érték alatt, illetve felett játszódnak le. A foszfátionok koncentrációja a talajoldatban rendkívül kicsi, ezért a növények ellátásában a diffúziónak meghatározó a szerepe.

A szerves foszforvegyületekből a mikroszervezetek foszfátionokat szabadítanak fel. A mikroszervezetek a nehezen oldható szervetlen foszfátok oldódásában is részt vesznek. Az oldást a biológiai úton termelt H+-ionok biztosítják. A különböző mikroszervezetek szerves savakat, így hangyasavat, ecetsavat, propionsavat, tejsavat, oxálsavat és citromsavat termelnek, s ezek oldó hatása érvényesül. Általánosságban megállapítható, hogy az élénk mikrobiológiai élet a talajban kedvezően befolyásolja a növények foszforellátását.

A növény maga is képes H+-ionok termelésére. A gyökereken keresztül a talajoldatba jutott H+-ionok oldó hatást fejtenek ki a gyökerek közelében jelen lévő, nehezen oldható foszfátokra. Az egyes növényfajok foszfátfeltáró képessége eltérő. Az eltérés részben a gyökérzet térbeli kiterjedésével, részben a termelt H+-ionok mennyiségével magyarázható. Így pl. a pillangós növények nagy gyökérhálózatuk következtében több foszfort képesek felvenni, mint a gabonafélék. A növények foszfátfelvételét a talaj nedvességtartalma is befolyásolja. Száraz években kisebb a foszfátfelvétel.

A szerves trágyázás elősegíti a növények foszfátfelvételét. A humát effektus néven ismert jelenség lényege, hogy a szerves anyag bomlása során kelátképzők keletkeznek, amelyek a talajoldatban jelenlévő Ca2+-ionok egy részével kelátokat képeznek, és így megakadályozzák a nehezen oldható kalcium-foszfátok képződését. A szerves anyag a mikroorganizmusok tevékenységét is serkenti.

A foszfor felvétele, eloszlása és szerepe

A növény H2PO4- és HPO42–-ionokat vesz fel. Szerves vegyületekből, pl. fitinből és nukleinsavakból, enzimek segítségével képes foszfátionokat lehasítani és felvenni. Ez a folyamat a gyökérfelületen játszódik le. A felvétel lassabb, mint a szervetlen ionok felvétele.

A foszforsav disszociációját a talajban a pH-viszonyok határozzák meg. Ennek megfelelően a savanyú talajokban a H2PO4-ionok, lúgos talajban a HPO42–-ionok fordulnak elő nagyobb mennyiségben (31. ábra).

31. ábra - A foszforsav disszociációja a pH függvényében (Mengel, Kirkby 1987)

kepek/31abra.png


A növények foszfátfelvételét a magnéziumellátottság is befolyásolja. Feltételezik, hogy a magnézium foszfátszállítóként működik, mivel a magnéziumellátás fokozásával vízkultúrás kísérletekben is (amelyekben foszfátlekötődés nem fordulhat elő) egyre jobb foszfátfelvételt tapasztaltak. Más kísérletekben kimutatták, hogy a foszfátionok a magnézium felvételét segítik elő. Mindkét kísérleti eredmény arra utal, hogy a foszfor- és magnéziumfelvétel egymással szoros kapcsolatban áll. Bármelyik elem hiánya a másik elem csökkent felvételéhez vezethet.

Megfelelő viszonyok között a gyökérzet a talajoldatból gyorsan felveszi a foszfátionokat. A szervetlen foszfátok a gyökérben többnyire foszfonukleotidokká alakulnak (ATP, ADP). A foszfor jó mozgékonyságát az teszi lehetővé, hogy a növény túlnyomórészt szerves vegyületek formájában szállítja.

A foszfor eloszlása a növényben nagymértékben függ a növény fejlettségi állapotától, elsősorban a generatív szervekben halmozódik fel.

A növényben található szerves foszforvegyületek részben foszforsav-észterek, részben pirofoszfátok. A foszfolipidek legfontosabb képviselői a lecitin és kefalin. A foszfolipidek a mitokondriumok és kloroplasztiszok sejtmembránjainak felépítésében vesznek részt. A nukleinsavak, a fehérje-anyagcserében és az enzimek szintézisében jutnak szerephez. A foszfor, mint az ATP, ADP és koenzimek alkotórésze, a különböző foszforilálási folyamatokban nélkülözhetetlen.

A foszfor hiánya kedvezőtlenül befolyásolja a citromsavciklust, borostyánkősav felhalmozódására kerül sor, gátolja a fehérjeszintézist, s ez a nem fehérje jellegű nitrogénvegyületek feldúsulásához vezet. Visszaszorul a keményítő- és cellulózszintézis, ennek következménye az egyszerű cukrok mennyiségének növekedése és az antociánképződés. Erős foszforhiány esetén az egyszerű cukrok szintézise is csökken. A foszforhiány tehát károsan hat a minőségre is. Hiány esetén a növények az életfolyamatok fenntartásához szükséges foszfort az idősebb szervekből tudják mobilizálni, de a növekedés gátolt.

A gabonaszem foszfortartalmának kb. 80%-a fitin, míg a zöld növényi részekben a fitin részaránya csak mintegy 2%-a az összes foszfortartalomnak. A magban és termésekben található fitin foszfortartalékot képez. A gabonaszemben az inozithexafoszforsav magnézium- és kalciumsója található. A mag tehát a fiatal csíranövény foszforilálási folyamataihoz szükséges Mg2+ és foszfátionokat is tartalmazza. Mindkét tápelem (a többi tápelemtől eltérően) a szemben nagyobb mennyiségben halmozódik fel, mint a szalmában (30. táblázat).

30. táblázat - Az érett zab ásványianyag-tartalma a szemben és a szalmában (mg/g szárazanyag) (Scharrer és Mengel 1960)

Elem

Szem

Szalma

P

4,29

 1,23

Mg

1,23

 1,02

Ca

2,23

 9,00

K

6,40

13,80

Na

0,22

 3,24

Cl

2,66

14,20


A fitin nagyobb része az érés időszakában szintetizálódik, a csírázás folyamán pedig a fitin foszfortartalma egyre csökken, vagyis szervetlen formákká alakul át, mobilizálódik. A különböző foszfátfrakciók mennyiségi változását a kukoricaszem érése során a 32. ábra mutatja be.

A vegetatív szervekben általában a szervetlen foszfátfrakció teszi ki az összes foszfortartalom nagyobb részét. Részaránya az idősebb levelekben a legnagyobb, míg a fiatal levelekben viszonylag több a szerves foszfát (pl. nukleoprotein). A foszfortrágyázás szinte kizárólag a szervetlen frakciót növeli.

32. ábra - A kukoricaszem P-vegyületeinek alakulása az érés folyamán (Schmalfuss 1952)

kepek/32abra.png


A foszforhiány tünetei, hatásai

Foszforhiány esetén a növények rosszul fejlődnek, elmaradnak a növekedésben, és merev tartásúak. A szárrészek vékonyak, a gyökerek fejletlenek, és gabonaféléknél a bokrosodás mérsékelt. A foszfor hiánya a növekedés és gyökérfejlődés tekintetében hasonló a nitrogénhiányhoz. Fontos megkülönböztető jegye a foszforhiánynak a levelek elszíneződése: ekkor kékeszöld, tompazöld, illetve piszkoszöld szín alakul ki, esetenként vöröses árnyalatok is megfigyelhetők antociánképződés következtében. A növény az idősebb leveleket sok esetben idő előtt lehullatja.

A hiányos foszforellátás mindig negatívan hat a virág- és termésképzésre. Gyümölcs- és gabonaféléknél jelentős terméscsökkenést okozhat. A gabonánál különösen fontos, hogy a vegetációs időszak végén, vagyis a szemképzés idején megfelelő mennyiségű foszfor álljon rendelkezésre. Hiánya esetén csökkent fehérjeszintézis figyelhető meg a különböző kultúrnövényeknél.

A foszforfelesleg közvetlen hatása általában nem észlelhető. Nagy foszforadagok, oldhatatlan vas- és cink-foszfát-képződés következtében, zavart okozhatnak a vas- és cinkellátásban, vas- és cinkhiányt indukálhatnak.

Kérdések

1. Milyen szerves és szervetlen vegyületekből áll a talaj foszforkészlete, mi a szerepük, jelentőségük?

2. Hogyan alakulnak át a vízoldható foszforvegyületek a savanyú és lúgos (karbonátos) talajokon; hogyan változik a vas- és alumínium-foszfátok, illetve a kalcium-foszfátok oldhatósága a pH-tól függően?

3. Mi teszi lehetővé a foszforvegyületek oldódását, mi a humát effektus?

4. Milyen ionok formájában veszi fel a növény a foszfort, milyen tényezők befolyásolják a felvételt?

5. Hogy vesznek részt a különböző foszforvegyületek a növények anyagcsere-folyamataiban?

6. Milyen a foszfortartalom megoszlása a vegetatív és generatív szervek között, milyen változások figyelhetők meg a kukoricaszem foszforfrakcióinak arányában az érés folyamán?

7. Melyek a foszforhiány tünetei és következményei?