Ugrás a tartalomhoz

Talajtan

Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György

Mezőgazda Kiadó

Mikroelemek a talajban

Mikroelemek a talajban

Milyen formában vannak a nyomelemek a talajban?

  •  Vízoldható alakban:

    1. szabad kationként

    2. szerves és szervetlen komplexek ligandumaiként.

  • Agyagásványok kicserélési helyein. Az ily módon kötött kationokat ki lehet cserélni NH4+-ionnal.

  • Specifikusan adszorbeált állapotban. Némely mikroelem (pl. Cu2+) agyagásványokhoz és/vagy vas- és mangánoxidokhoz kötődik, annak ellenére, hogy a Ca2+-ionok vagy más elektrosztatikusan kötött kation nagy feleslegben vannak jelen. Ezek az ún. specifikusan adszorbeált nyomelemek.

  • Szerves anyagok (növényi maradványok, humusz, élő szervezetek) által komplexek alakjában megkötve vagy adszorbeálva.

  • Oldhatatlan csapadékokban, a vas- és mangánoxidok által bezárt formát is ideértve.

  • Primer ásványokban és a szilikátanyagok oktaéderrácsában a Fe és Al izomorf helyettesítésében részt vevő kationként.

Az egyes formák között azonban nem éles a határ, pl. a szorpciós reakciókat nem lehet könnyen megkülönböztetni a kicsapódástól. Vagy pl. a szerves anyag és az agyag egyaránt rendelkezik kationcserélő helyekkel, s mindkettő nehezen felvehető alakban tartja vissza a kationokat.

A legtöbb talajban csak igen kis mennyiségű mikroelem van a növények számára felvehető állapotban, azaz vízoldható és kicserélhető alakban (9.12. ábra). De az ilyen állapotban lévő mikroelemkészlet egyensúlyban vannak a specifikusan adszorbeált és a szerves anyaghoz kötött készletekkel. Így ha a talajoldatban csökken a mikroelemek koncentrációja (a növények felvétele vagy kimosódás következtében), az egyes elemek át tudnak menni az oldhatatlan vagy kevésbé oldható formákból az oldhatókba. Sok talajban igen nagy a jelentősége a szerves formában kötött készletnek.

9.12. ábra - A mikroelemek körforgalma a talajban

kepek/9-12-abra.png


Vas

A harmadik leggyakoribb elem a kőzetekben és az ásványokban. Legfontosabb a talajokban leggyakrabban előforduló ásványai a hematit (Fe2O3), a magnetit (Fe3O4) és a hematit hidratált alakja, a limonit (2Fe2O3 ∙ 3H2O), goethit (FeOOH), valamint a pirit (FeS2).

A talajoldatban a vas kétféle ionformában tud létezni, ezt a redox feltételek határozzák meg. Anaerob körülmények között Fe2+ alakban van. Ez dominál a talajvízben, ahol 1,0–10 mg/L a koncentrációja. Aerob körülmények között Fe3+ alakban van, ekkor a Fe2+ instabil, és Fe3+-má oxidálódik.

Az Fe3+-ion az Al3+-ionhoz hasonlóan viselkedik, gyorsan körülveszi 6 molekula H2O oktaéderes koordinációban, és Fe (H2O)63+ alakul ki. Kőzetekben és talajokban jelentős mennyiségben fordul elő, de a Fe3+-ion vegyületeinek egy része rendkívül oldhatatlan. A Fe3+-vegyületek az erősen elmállott talajokban halmozódnak fel. A trópusok vörös talajainak egyik legjelentősebb alkotórészei. A vasércek csak savanyú talajokban képesek annyira oldódni, hogy a növények szükségletét kielégíthessék. Ha a talaj pH-értéke 4,5 alatt van, a vas toxikussá válhat.

A vulkáni kőzetekben a vas túlnyomórészt F(II) alakban van jelen. A vízzel elárasztott talajokban a vas ilyen alakban marad, és kékesszürke színt idéz elő a nedves talajokban. A Fe2+-ion vegyületei között sok rosszul oldódó van, de a Fe (III)-vegyületek még oldhatatlanabbak. A vashiány alkálikus talajokban jelentkezik.

Levegőtlen viszonyok mellett a talajokban rozsdás foltok jelentkeznek. Ezeket azok a Fe2+-ionok okozzák, amelyek addig vándorolnak, amíg oxidatív körülmények közé kerülve hidratált vas (III.)-oxidként kicsapódnak. Ha a Fe (III)-vegyületek eléggé koncentrálttá válnak a talaj egy adott helyén, akkor ott kicsi, kemény vaskonkréciók keletkeznek. Speciális körülmények között a kicsapódott vasvegyületek összecementálódott réteget alkothatnak.

Levegőzött körülmények között a vas nagy része Fe (III) alakban van a talajban, és az ásványi részecskéken a humuszanyagokhoz kapcsolódva bevonatot képez. A Fe (III)-oxid (Fe2O3) vöröses színe a humusszal és más talajalkotóelemekkel keverve a talaj különféle barna árnyalatait eredményezi. Ez a vas általában a növények számára nem felvehető. Vashiány akkor jelentkezik, ha a talajásványokból nem válnak szabaddá Fe (II)-ionok, hogy az évenként Fe (III)-má történő oxidációt kompenzálják.

Nagy pH-értékeknél mind a Fe (II), mind az Fe (III) oldhatósága sokkal kisebb, mint kis pH-értékeknél. A Fe(OH)3 és az Fe(OH)2 egyaránt rosszul oldódik, és nagy pH-értékeknél kicsapódik. Ha a talajokat túlságosan meszezik, a korábban felvehető vas kicsapódhat.

Mivel a vas-foszfátok rosszul oldódnak, ezért vas- és foszfáthiányt egyaránt okozhat a képződésük, és egymás hiányát is fokozhatják. A vasvegyületek a foszfor adszorpcióját és kicsapódását idézik elő savanyú talajokban. Semleges és alkálikus talajokban a nagy foszfortartalom csökkentheti a vas felvehetőségét, és hozzájárulhat a vashiányhoz. Vashiányt okozhat a nagy mennyiségű mangán és réz is.

Mangán

A mangán minden élőlény számára esszenciális elem. A talajok átlagos mangántartalma 20–800 mg/kg. Egyes talajszintekben 3000 mg Mn/kg is található.

A talajokban a mangán főleg mangánoxidok, szilikátok és karbonátok alakjában található. Ezeken kívül lehet adszorbeált állapotban – elsősorban vasoxidokon – és szerves komplex vegyületekben, valamint kicserélhető és oldható formában (Mn2+ alakban) is. A magánoxidok gyakran vasoxidokkal asszociáltan fordulnak elő. A mangánoxidokban általában a kobalt, a nikkel, a cink, a kadmium és az ólom akkumulálódik. A talajfejlődés során a mangán jobban vándorol és kimosódik, mint a vas, különösen a savanyú talajok – pl. podzolok – rendkívül mangánszegények lehetnek.

A talajoldatban a mangánionok és szerves komplexek formájában van jelen. A mangán oldhatóságát a szerves mangánkomplexek határozzák meg, mindenekelőtt a semleges és az alkálikus talajokban, ahol az oldott mangán 90%-a szerves komplex lehet. Valamennyi nehézfém közül a mangán képezi a legkevésbé stabil komplexeket, ezért más kationok könnyen kiszorítják a vegyületeiből. Savanyú talajokban nagyrészt Mn2+-ionok vannak a talajoldatban, bár instabil közbülső termékként Mn3+-ionok is keletkezhetnek, amelyek azonban Mn2+-ionokká és oldhatatlan Mn (IV)-oxidokká alakulnak:

2Mn3+ + 2H2O —— Mn2+ + MnO2 + 4H+.

A szerves mangánkomplexek mellett a mangánoxidok jelentik a legfontosabb mangántartalékot a növények számára. A mangánoxidok a talajoldat Mn2+-ionjaival pH-tól függő egyensúlyban vannak:

MnO2 + 4H+ + 2e– = Mn2+ + 2H2O

Ha nő a H+-ionkoncentráció, az egyensúly eltolódik jobbra, és több Mn2+ képződik. Ha a pH egy egységgel csökken, a Mn2+-koncentráció 100-szor nagyobb lesz az oldatban. Az adszorbeált mangán is meghatározhatja a talajoldat pH-függő Mn2+-koncentrációját; ez mindenekelőtt erősen savanyú talajokban fordul elő.

A mangán redukciós folyamataira kedvezően hat a sok lebontható szerves anyag, a nagy agyagtartalom, a tömör szerkezet és a nagymértékű víztelítettség. A Mn (III, IV)-oxidok redukcióját a talajban anaerob körülmények között élő baktériumok hajtják végre. A Mn (III, IV)-redukció mértéke olyan nagy lehet, hogy a mangánoxidok mangánjának 20%-a 3 nap alatt átalakul kicserélhető Mn2+-ionokká.

A víz elpárolgása során a Mn2+-ionok újra oxidálódnak.

Réz

A réz a legtöbb talajban Cu2+-ion alakban fordul elő, de ahol reduktív körülmények vannak, ott Cu+ fordul elő. A talajban található réz koncentrációját nagyban befolyásolja az anyakőzet. Több mint 1000 talajmintát megvizsgálva 1–191 mg/kg rezet találtak.

A talajban lévő réz legnagyobb része szerves anyaghoz kötött, de egy része a vasoxidokhoz és más talajkolloidokhoz kapcsolódik. Ezekhez olyan erősen kapcsolódhatnak a Cu-ionok, hogy még a Ca-ionoknál is nehezebben cserélhetők ki. A talajoldatban csak néhány mg/kg réz van. A réz a savanyú talajokban a legoldhatóbb, a pH-érték emelkedésével csökken az oldhatósága. Szerves talajokban igen gyakori a rézhiány, ui. ezekben a talajokban nincsenek mállásra képes ásványok, kőzetek, így nincs rézpótlás. Ugyanez vonatkozik némelyik savanyú homokos és kavicsos talajra is.

A réz felhalmozódása toxikussá válhat a növények számára, pl. ott, ahol nagy adagú réztrágyázást végeztek. Réztartalmú fungicidek ismételt alkalmazása vagy szennyvíziszap adagolása is eredményezhet toxikus rézkoncentrációt a talajban.

Nátrium

Az oldatokban zajló kémiai reakciók szempontjából a nátrium és a kálium igen hasonlóan viselkedik. A talajban már jelentős az eltérés. A nátrium földpátokban előfordul, de csillámokban nem. A nátriumföldpátok kissé gyorsabban mállanak, mint a káliumföldpátok.

A talajoldatba került Na-ionok nem fixálódnak, és kevésbé erősen kötődnek a kationcserélő helyekhez, mint a K-, Mg- vagy Ca-ionok. Ezért a nátrium a talajból legkönynyebben kimosódó bázikus kation. A talajok nátriumtartalma fokozatosan csökken az idő előrehaladtával, míg a káliumtartalom majdnem állandó marad. A nátrium nagy része végül is eléri az óceánt, ahol a NaCl a legnagyobb mennyiségben előforduló só.

Az arid területek talajaiban néha felhalmozódik a nátrium, mert nincs kimosódás. Ez sós és szikes talajok keletkezéséhez vezet. A Na-ion által diszpergált talajkolloidok és a lúgos pH a szikes talajokban jelentősen akadályozza a növényi fejlődést.

Klór

A klór a talajban majdnem teljes egészében kloridion alakban fordul elő. A Cl–-ionok töltése azonos, mérete majdnem azonos az OH–-ionokéval, ezért ásványi szerkezetekben a Cl– helyettesíti az OH–-ionokat. A klór egy része szerves vegyületekhez kötött.

Kimutatták, hogy savanyú talajokban a kloridok segítik a mineralizációt, és gátolják a nitrifikációt.

A fémionok kloriddal alkotott vegyületei igen jól oldódnak, ezért humid éghajlaton a klór könnyen kimosódik a jól drénezett talajokból. Szárazabb körülmények között a talajok oldatai sok kloridot tartalmaznak. Ezek a kloridok igen mozgékonyak a talajban: lefelé mozdulnak el csapadék hatására és felfelé, ha párolgás történik a talajfelszínről. A felfelé történő elmozdulás hozza létre a sós talajokat arid körülmények között. Az elpárolgó víz sót hagy vissza a talaj felszínén, ezért száraz periódusokban fehér kéreg keletkezik.

Bór

A bór a savanyú talajokban B(OH)3, az alkálikus talajokban B(OH)4– alakban adszorbeálódik a Fe- és Al-oxidok, az illit, a montmorillonit és a kaolinit rácsainak élén. A szilikátásványokon a pH emelkedésével nő a bóradszorpció, de ha a kalciumionok nátriumionokra cserélődnek, csökken.

A talajban különböző formákban lehet a bór: vízoldható bór, szerves anyaghoz kötött bór, agyagásványokban kötött bór, boroszilikát. Oroszországban az arid területek sós talajai sok bórt tartalmaznak, ami gyakran toxikus a növények és az állatok számára.

Humid területeken kimosódik a bór. A kimosódás és a növények együtt fokozatosan kimerítik a talajok bórkészletét, és bórtrágyázást tesznek szükségessé. A legkisebb bórkoncentrációkat savanyú, kilúgozott talajokban, durva szemcsés homoktalajokban és szerves talajokban mérték.

Szilícium

A földkéregben az oxigén után a leggyakoribb elem. A talajban 6 különálló kristályos ásvány alakjában fordul elő: kvarc, tridimit, kristobalit, coezit, strisovit és opál. Az opál kivételével mindegyik ásvány képlete SiO2, de a szilícium-tetraéderek térbeli elrendezésében különböznek. Az opál képlete SiO2 ∙ nH2O. A flint is szilíciumásvány, és még számos amorf, nem kristályos vagy parakristályos szilíciumásvány létezik.

Az oldható szilíciumvegyületek többségében a földpát ásványokból származnak, pl. az anortitból (CaAl2Si2O8) és az albitból (NaAlSi3O8). Mindkettő plagioklászásvány, s a mállásnak a legkevésbé ellenálló.

A szilíciumásványok csak pH-9 fölött oldódnak. 2–9 pH-érték között állandó a szilikátion-koncentráció (140 mg/liter), ha ennél nagyobb lesz, polimerizáció játszódik le, míg visszaáll a kezdeti koncentráció, és a talajoldatban polimerek és monomerek keveréke található.

A monomerek lánc vagy gyűrű alakban kapcsolódhatnak.

A kovasav az alumínium oxihidroxidokon adszorbeálódhat, ez az agyagásvány-képződés kiindulópontja:

H4SiO4 = H+ + H3SiO4–

H3SiO4– + Al(OH)3 —— Al(OH)2OSi(OH)3 + OH–.

A kovasavnak először disszociálnia kell, hogy negatív töltésű ionként az alumínium-hidroxidokhoz kapcsolódhasson.

A kovasav arra is képes, hogy fémionokkal komplexeket alkosson. Ez a reakció a mállás folyamatában fontos. A fémszilikát komplex ionformában van jelen, tehát oldatban van. A podzolosodás során a Fe és az Al szervetlen komplexek alakjában vándorol lefelé.

A kovasav a talaj szerves anyagaival is komplexet képezhet, főleg a humin- és a fulvosavakkal. Ez a reakció a kőzetek és ásványok mállásában játszik fontos szerepet, mert a huminsavak szilícium iránti nagy affinitása a kőzeteket és az ásványokat megbontja.

Szelén

A talajok általában 0,02–2,0 mg/kg szelént tartalmaznak, a közép- és észak-európai talajok 1 mg/kg-nál kevesebbet. A szelén- a klór-, a bróm- és jódhoz hasonlóan – a tenger felől kerül a talajokba. A szelén különböző oxidációs fokú lehet: + 6 (szelenát: SeO42–), + 4 (szelenit: SeO32–), 0 (elemi szelén), és –2 (H2Se). Erősen oxidáló körülmények között – amelyek az arid és szemiarid területek humuszban szegény száraz talajaira jellemző-ek –, a szelén főként szelenát (SeO42–) alakban van jelen. Mérsékelten oxidáló körülmények között – amelyek a humid területek humuszos talajszintjeire jellemzőek –, a szelenit

(SeO32–, HSeO3–) uralkodik. A talajkolloidok a szelenátokat csak kevéssé adszorbeálják, és szulfátok hatására könnyen deszorbeálódnak. A szelenitek ezzel szemben sokkal erősebben adszorbeálódnak, és a szulfátok vagy a kloridok alig képesek deszorbeálni őket, viszont a foszfátok igen nagy mértékben ki tudják szorítani az adszorpciós helyeikről a szeleniteket. A szelenitadszorpcióban Fe-, Al-oxidok és szerves anyagok játszanak szerepet.

Kobalt

A talajokban – az anyakőzettől függően – 1–40 mg, leggyakrabban 5–15 mg Co/kg van. A kobalt vasban és mangánban gazdag szilikátokhoz kötődik, valamint vas- és mangánoxidokkal asszociált állapotban található. Az oxidok felületén adszorbeálva és az oxidok belsejébe zárva fordulhat elő, de oxidrácshoz is kapcsolódhat. Különösen a mangánoxidok lehetnek kobaltakkumulátorok. Terheletlen talajban, a mangánoxidokban 3400 mg Co/kg-ot is mértek. 6-os pH-érték fölött igen nagy az oxidok kobaltadszorpciója. A pH csökkenésével csökken az adszorpció mértéke is, és nő a kobalt oldhatósága és felvehetősége.

PH-5 alatt a Co2+ -ionok dominálnak a talajoldatban. A pH emelkedésével nő az oldható szerves anyagok által komplex kötésbe vitt kobalt aránya, és pH-6 fölött eléri a 90%-ot.

Molibdén

A molibdén a talajoldatban molibdát (MoO42–)-ion alakban fordul elő. Igen kis mennyiségben van jelen a talajban, de a növények is csak igen kis mennyiségben igénylik.

A molibdátionnak igen sok, a foszfátionéhoz hasonló reakciója van. Erősen adszorbeálódik Fe- és Al-oxihidroxidokon. A molibdén a lúgos tartományban oldhatóbb, mivel a molibdátion negatív töltésű. A molibdén oldhatósága kb 10-szeresére nő, ha a pH egy egységgel emelkedik pH-7 fölött. Savanyúbb talajokban az oldhatóság egységnyi pH-emelkedés esetén 100-szorosára nő.