Ugrás a tartalomhoz

Talajtan

Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György

Mezőgazda Kiadó

A talaj szerkezete

A talaj szerkezete

A szilárd fázist alkotó ásványi részecskék, különböző erők és folyamatok hatására, kisebb-nagyobb halmazokká, aggregátumokká tapadnak össze, ezért a talajok többségének jellegzetes szerkezete (struktúrája) van. A 0,002 mm-nél (2 μm-nél) nagyobb szemcsék képezik a szerkezeti egységek vázát, az ennél kisebb méretű részecskék (az ásványi és szerves kolloidok) pedig a vázrészek összeragasztásában vesznek részt. A szemcsék és az aggregátumok között – azok méretétől, alakjától, térbeli elrendeződésétől függően – különböző nagyságú és formájú hézagok rendszere, a pórustér található.

Az aggregátumok képződése

Az aggregátumok fizikai, kémiai és biológiai folyamatok kölcsönhatásának eredményeként jönnek létre. Méretük alapján mikro- és makroaggregátumokat különböztetünk meg (8.5. ábra).

8.5. ábra - A mikro- és makroaggregátumok felépítése. Első- és másodrendű mikroaggregátum (a); makroaggregátum (b); a makroaggregátumok pórusrendszere (c)

kepek/8-5-abra.png


Kötőerők és kötőanyagok

a) Kötőerők. Az aggregáció az adhéziós és a kohéziós erők hatására vezethető vissza.

Az adhézió egy szilárd felület és egy másik fázis (folyadék vagy másik szilárd felület) összetapadását okozó kölcsönhatás. A kohézió pedig az anyagok elemi részecskéi (atomjai, ionjai) közötti összetartás, ami a szilárd testekben a legerősebb, a folyadékokban közepes és a gázokban a leggyengébb. Az adhéziós erők tehát a felületeken, a kohéziós erők pedig az anyagok belsejében érvényesülnek.

Az adhéziós erők nagysága a felülettel arányosan nő, ezért a nagy fajlagos felületű részecskék, a kolloidok tapadóképessége (egymáshoz vagy egy makroszkópos sík felülethez) sokkal nagyobb, mint a durvább szemcséké.

Az adhézió erőssége nagymértékben csökken a felületek távolságának növekedésével, s minden esetben csökken a felületek között elhelyezkedő anyagi közeg hatására is. Vizes közegben a vízmolekulák tapadása (adszorpciója = adhéziója) a szilárd felülethez, az elektromos kettős réteg töltésének nagysága és a réteg vastagsága, jelentősen befolyásolja a szemcsék közötti adhéziót. Minél vékonyabb az elektromos kettős réteg, annál kisebb a tapadást gátló hatása.

Az adhéziót – a van der Waals-erők mellett – a hidrogénkötések, az elektrosztatikai vonzás és/vagy a felületi kémiai kötések hozzák létre. A vízmolekulák kohéziója pedig a van de Waals-erők és a H-kötések következménye.

Száraz vályog- és agyagtalajokban erős a szilárd részecskék közötti vonzás. Vízzel átitatva – azonban a szemcsék körül kifejlődött hidrátburok miatt – csökken az összetartás, és a talaj lazábbá válik. Homoktalajokban, ha kicsi a nedvességtartalmuk, a szemcsék érintkezési pontjai körül gyűrű alakú vízfilm jön létre, s a vízgyűrű meniszkusza a felülethez képest érintőlegesen helyezkedik el (8.6. ábra). A vízfilm felületi feszültsége, valamint a vízmolekulák felületi adhéziója növeli a tapadóerőt. Nagyobb víztartalom esetén ez a hatás jelentősen csökken.

8.6. ábra - A víz felületi feszültségének és adhéziójának hatása az ásványi szemcsék összetapadására

kepek/8-6-abra.png


b) Kötőanyagok. A durvább szemcsék összeragasztását, a mikroaggregátumok képződését és a szerkezet stabilitását a következő kötőanyagok biztosíthatják.

Szerves anyagok. A humusz, valamint a szerves maradványok mikrobiológiai lebontásának köztes termékei, elsősorban a poliszacharidok és a poliuronidek (az ún. nyálkaanyagok), kiemelkedő szerepet játszanak az ásványi részecskék összeragasztásában, a vízálló porózus aggregátumok kialakításában. A nyálkaanyagokat azonban egyes

mikroorganizmus-populációk viszonylag gyorsan le tudják bontani, ezért a hatásuk nem olyan tartós, mint a valódi humuszanyagoké.

Agyagásványok. Az agyagásványok ragasztóhatása elsősorban az adhéziós erőknek tulajdonítható. Kötőanyagként főként a humuszban szegény vályog- és agyagtalajoknál van nagy szerepük. Önmagukban azonban nem tudnak tartós talajszerkezetet létrehozni. Víz hatására az aggregátumok szétesnek, s a talaj könnyen elporosodik. A szerkezet stabilitása csak akkor számottevő, ha kalciummal telített agyagásványok vannak a talajban, mivel ekkor a Ca-ionok hídként kötik össze a különálló vagy a gyengén aggregált szemcséket.

Vas- és alumínium-hidroxidok, illetve -oxidhidroxidok. A pórusok falán és a durvább szemcsék érintkezési pontjainál kicsapódva (majd a száradó talajban kristályos FeOOH, Fe2O3, AlOOH formákká alakulva) igen erős cementáló hatást fejtenek ki. A vas- és alumíniumionok a mállás során a szilikátok kristályrácsából szabadulnak fel. Az alumínium-hidroxipolimerek keletkezését a közeg pH-ja, a vas(III)-hidroxid kiválását pedig a pH és a talaj redoxipotenciálja szabályozza. Egyes talajokban (elsősorban a réti és a láptalajokban) vasborsók/vasszeplők, szélsőséges esetekben pedig ún. vaskőfokszintek is képződhetnek.

Kationhidak. A két és három vegyértékű kationok által alkotott hídkötések nagymértékben befolyásolják a különböző kolloidanyagok, illetve a kolloidok és a durvább szemcsék összekapcsolódását. A kationhidak kialakulásának néhány jellemző példája:

Gyengén savanyú, semleges vagy gyengén lúgos kémhatású talajban a Ca2+, savanyú és erősen savanyú közegben pedig az Al3+ a legfontosabb hídképző kation.

Kalcium-karbonát. A semleges és gyengén lúgos kémhatású talaj száradásakor, a folyadék fázisban oldott Ca- és Mg-hidrogénkarbonát CaCO3, MgCO3 és CaMg(CO3)2 formájában kicsapódik, s hártyaszerű fehér bevonatot képez az aggregátumok felületén (mészlepedék). A talaj átnedvesedésekor azonban a mészbevonat ismét feloldódik, ezért a CaCO3 egyedül nem tud tartós/vízálló szerkezetet biztosítani.

A mikroorganizmus telepek és a talajlakó állatok ürüléke. A baktériumkolóniák bevonják, a gombafonalak pedig átszövik a szerkezeti egységeket vagy azok egyes részeit. Ez az ún. biológiai szerkezet sem tartós, mert ha a biológiai aktivitás valamilyen okból csökken, a szerkezetstabilizáló hatás is gyengül, vagy teljesen megszűnik. A talajban élő apró állatok, a férgek és a bogarak ürülékében is ragasztóanyagok vannak. Különösen jelentős a gilisztafélék ürülékének nagy szervesanyag- és Ca-tartalma. Fontos szerepük van a talaj egyes részeinek elkülönítésében (járatok, ürülék), valamint a szerves és ásványi komponensek összekeverésében is. Az aggregátumok felépítésének elvét és a fontosabb kötőanyagokat az 8.7. ábra ismerteti.

növeli a tapadóerőt. Nagyobb víztartalom esetén ez a hatás jelentősen csökken.

8.7. ábra - Az aggregátumok felépítése és kötőanyagai

kepek/8-7-abra.png


A talajszerkezet kialakulását módosító fizikai hatások

A szerkezeti egységek elkülönítésében, összetapadásában és a makroaggregátumok kialakításában a másodlagos fizikai hatásoknak is nagy szerepük van. Ezek közé tartozik a duzzadás-zsugorodás, az átfagyás és olvadás, a gyökérzet nyomásából és vízfelvételéből adódó változások, valamint a talajművelő eszközök hatása.

Az időjárással összefüggő fizikai hatások

a) Átfagyás és olvadás. A folyékony halmazállapotú víz megfagyása 9%-os térfogatnövekedéssel és igen nagy, mintegy 2200 kg/cm2 feszítőerő fellépésével jár. Ehhez társulhat még a jégkristályok növekedési nyomása, amely jóval kisebb ugyan, de esetenként számottevő szerepe lehet. A fagy hatása nagymértékben függ attól, hogy milyen szemcseösszetételű és milyen nedvességállapotú a talaj, illetve attól, hogy milyen gyors az átfagyás.

A durva szemcséjű homoktalajok szerkezetében a fagy nem okoz lényeges változást, a finomabb textúrájú talajokban azonban repedéseket és lazulást idéz elő.

Lassú átfagyás esetén nagy jégkristályok képződnek, és ezek viszonylag nagyméretű aggregátumokat különítenek el. Főként a nagyobb pórusokban alakulnak ki jégkristályok, majd a finomabb pórusokból (mivel azokban csak később fagy meg a víz) nedvesség áramlik a jégkristályok felé, növelve azok méretét. Az így keletkezett jéglencsék feszítő hatása és az őket körülvevő talaj víztartalmának csökkenése az aggregátumok elkülönülését okozza. Ha a lehűlés gyors, a pórustérben elszórtan sok apró jégkristály jön létre, s ezek nyomóerejének integrált hatása elősegíti az aggregátumok széttöredezését.

Az ismétlődő fagyás és olvadás a rögös talaj morzsolódásához, a rögök aprózódásához vezet.

b) Duzzadás–zsugorodás. A talaj átnedvesedése és kiszáradása térfogatváltozással jár. Vízfelvételkor a talajok legnagyobb része duzzad, száradáskor pedig zsugorodik.

A duzzadás mértéke és a duzzadási nyomás elsősorban a kolloidtartalommal, s a kolloidok minőségével van összefüggésben. A talajoknál fontos a kicserélhető kationok duzzadást befolyásoló hatása is, s ez a liotróp sornak megfelelően, a következőképpen változik: Na > K > Mg > Ca. A Na-telítettség növekedésekor tehát a talaj duzzadóképessége is jelentősen fokozódik.

A duzzadás lehet izodimenziós (amikor a duzzadó anyag mérete a tér mindhárom irányába egyenlő arányban nő), és lehet anizodimenziós (azaz a kiterjedés egy vagy két irányban a legnagyobb). A montmorillonit kiterjedése és összehúzódása például főként egyirányú.

Száradáskor a kapillárisok kiürülése és a vékonyodó vízhártyák miatt az összehúzó hatás egyre erősebb lesz, és a talaj térfogata csökken. Tömött szerkezetű agyagos talajoknál a kiszáradás folyamán különböző mélységű, hosszúságú és keresztmetszetű repedések jönnek létre, s a talaj tömegében kisebb-nagyobb tömbök vagy rögök különülnek el. A talaj repedezése különösen erős a gyors kiszáradás által előidézett hirtelenzsugorodás esetén. A stabil, morzsás szerkezetű vályogtalajoknál az esőzés csak a felszínen okoz cserepesedést vagy vékony szilárd kérget. A felszín alatti talajrétegek zsugorodása mérsékelt, s legfeljebb csak kisebb repedések keletkeznek.

Minél kötöttebb a talaj, és adott szemcseösszetételnél minél nagyobb a pórustérfogata, annál erősebben zsugorodik. A nagyobb víztartalmú talaj zsugorodása szintén jelentősebb, mint a kevésbé nedves talajé.

A zsugorodás mértéke kétféle megközelítéssel vizsgálható. A lineáris zsugorodást megfelelő víztartalmú, általában 8–10 cm átmérőjű és 1–1,5 cm magas edényben elhelyezett talajpasztán határozzuk meg, fokozatos szárítás után. A szárítás kezdetben levegőn, majd 105 °C-on történik. A lineáris zsugorodás mértékét (LZS) a kiszárított talajkorong átmérőjének (Do) az eredeti átmérő (Dn) százalékában kifejezett értékével adjuk meg:

L zs % = D o D n 100 MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhcba9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfeaY=biLk VcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabiqa ceaacaqabeaabaqaamaaaOqaaiaabYeadaWgaaWcbaqcLbsacaqG6b Gaae4CaaWcbeaakiaacwcacqGH9aqpdaWcaaqaaiaabseajuaGdaWg aaWcbaqcLbsacaqGVbaaleqaaaGcbaGaaeiraKqbaoaaBaaaleaaju gibiaab6gaaSqabaaaaOGaeyyXICTaaGymaiaaicdacaaIWaaaaa@41B8@ (8.5.a. egyenlet)

A térfogati zsugorodás (Zs %) pedig a vízzel telített talaj száradás előtti és utáni térfogatának ismeretében számítható ki:

Zs% = V n V o V n 100 MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhcba9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfeaY=biLk VcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabiqa ceaacaqabeaabaqaamaaaOqaaiaabQfacaqGZbGaaeyjaiabg2da9m aalaaabaGaaeOvaKqbaoaaBaaaleaajugibiaab6gaaSqabaGccqGH sislcaqGwbqcfa4aaSbaaSqaaKqzGeGaae4BaaWcbeaaaOqaaiaabA fajuaGdaWgaaWcbaqcLbsacaqGUbaaleqaaaaakiabgwSixlaaigda caaIWaGaaGimaaaa@4431@ (8.5.b. egyenlet)

ahol: Vn = szárítás előtti térfogat, Vo = szárítás utáni térfogat.

A fejlődő gyökérzet és a talajművelő eszközök hatása

A gyökérzet az aggregátumok kialakulására többoldalú, összetett hatást gyakorol. Ezek közül az alábbiak a legfontosabbak.

– A fejlődő gyökerek kisebb rögöket, fragmentumokat különítenek el a nagyobb aggregátumokból, majd ezek egy részét egymáshoz szorítva, újabb egységek létrejöttéhez teremtik meg a lehetőséget.

– Közvetlen környezetükből a gyökerek vizet vesznek fel, így lokális zsugorodást idéznek elő, ami elősegíti az újabb törésfelületek képződését.

– A gyökérváladékok termelésével kedvező feltételeket teremtenek a mikroorganizmusok számára.

A kísérletek szerint csupán mechanikai nyomással (tömörítéssel) nem lehetstabil, vízálló aggregátumokat előállítani.

A talajművelő eszközök egyrészt elősegítik a szerkezetképződést, azáltal, hogy a szerkezeti egységeket tömörítik és s így az adhéziós erők jobban érvényesülhetnek, másrészt a túlzott talajművelés rombolja, elporosítja a szerkezetet.