Talajjavítás és műtrágyázás felsőfokon – Miért fontos a kationcsere kapacitás vizsgálata?

A talajképződés eredményeként évezredek vagy akár évmilliók alatt a kőzetek mállásával ún. ásványi kolloidok, vagyis agyagásványok jöttek létre. Az agyagásványokhoz később az egykori természetes növénytakaró, majd a kultúrnövények után maradó szervesanyagok kapcsolódtak ún. organominerális (szerves-ásványi) kolloidokat alkotva. Az ásványi és szerves kolloidok miatt a talajok a tömegükhöz képest óriási aktív felülettel rendelkeznek, amely akár több száz négyzetmétert is jelenthet egy grammnyi talajban.

Ezek a kolloid felületek általában negatív töltésűek és a talajpórusok közötti oldatban található pozitív töltésű ionokat (kationokat) képesek megkötni kicserélhető formában. Ez azt jelenti, hogy a megkötődés visszafordítható, vagyis ha az oldatban csökken az ionkoncentráció (pl. csapadék vagy növényi tápelem-felvétel miatt), akkor a lekötött ionok a felületekről leválnak és újra az oldatba kerülnek. A kolloidok felületén megkötött ionok a növények számára tehát potenciálisan hozzáférhetők.

A kationcsere kapacitás lényegében azt mutatja meg, hogy egységnyi tömegű talaj a kolloidjai felületén mennyi pozitív töltésű iont képes kicserélhető formában lekötni. Vizsgálata során a kolloidok felületén megkötött (adszorbeált) Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, Al³⁺, Mn³⁺ és Fe³⁺ ionok mennyiségét határozzuk meg, amelyeknek mgeé/100g-ban kifejezett összege adja meg a teljes kationcsere kapacitást.

Minél nagyobb a talaj kationcsere kapacitása, annál nagyobb a víz- és tápanyag-megőrző képessége, vagyis a potenciális termékenysége.

A szükséges műtrágya dózisokat alapvetően meghatározza a talajkolloidok mennyisége. Nem véletlen, hogy a legtöbb országban a kationcsere kapacitással kezdődik a szabvány szerint talajvizsgálat és tápanyag-gazdálkodási terv jegyzőkönyve.

Magyarországon a hagyományos bővített talajvizsgálatra épülő szaktanácsadásba sajnos nem épült be ez a gyakorlat. Azonban ma már egyre több gazdálkodó igényli, különösen a precíziós műtrágya-kijuttatás és a talajjavítás esetén az erre épülő számítási módszereket. Talajvizsgálati csomagjainkat és szaktanácsadási rendszerünket is ennek tükrében alakítottuk ki.

Általában minél kisebb a kationcsere kapacitás, annál nagyobb és gyorsabb műtrágyareakciókat tapasztalhatunk, de a tartalékok gyorsan kiürülhetnek a talajból. A műtrágyadózisok meghatározásakor ezt feltétlenül figyelembe kell venni, és megosztott kijuttatással vagy inhibitorok alkalmazásával csökkenteni a kimosódási veszteségeket.

A legkisebb kationcsere kapacitással a gyengén humuszos homoktalajok rendelkeznek (<5 mgeé/100g), amelyeknek emiatt igen gyenge a víz- és tápanyag-megtartó képességük.

A kis kationcsere kapacitású talajok olyan ásványi nyersanyagokkal javíthatók (pl. riolittufa, alginit, bentonit, bazalt, zeolit), amelyek kolloidokkal és növények számára felvehető tápanyagokkal gazdagítják a talajt. Ezek az ásványi anyagok kolloidtartalmuk révén képesek a növények számára még felvehető formában megkötni a tápelemeket és a vizet, ezáltal csökkentik a kimosódási veszteségeket és növelik a műtrágyázás hatékonyságát.

A nagyobb kationcsere kapacitás kisebb kimosódási veszteséget és lassabb műtrágyareakciókat is jelent, hiszen a talajoldatban nem jelenik meg egyszerre minden ion a felületeken történő lekötődés miatt. Minél magasabb a kationcsere kapacitás, annál több lehet a potenciálisan hozzáférhető tápanyag a talajban, de annál lassabb annak mobilizálódása, vagyis oldatba kerülése is.

A legmagasabb kationcsere kapacitással a humuszos agyagtalajok rendelkeznek, ami igen erős víztartó és gyenge vízvezető képességet és gyakran levegőtlen talajszerkezetet eredményez. A túlzottan magas kationcsere kapacitású talajok esetében a legfontosabb teendőnk a talajszerkezet javítása elsősorban biológiai eszközökkel (pl. erős gyökérzetű takarónövények, egyéb szervesanyag-inputok), bizonyos esetekben kémiai javítással. Ennek következtében a biológiai aktivitás és levegőtartalom javul, így a szerves tápanyagok egyre könnyebben hozzáférhetők lesznek a növények számára.

A növénytermesztésben a minél nagyobb, de nem túl magas kationcsere kapacitás az előnyös elsősorban, vagyis a közepes, nem szélsőséges értékek a kedvezők (1. ábra). De bármilyen is legyen az érték, a talajművelést, a tápanyag-gazdálkodást, talajjavítást, sőt az öntözést is ennek tükrében érdemes tervezni.

A nem megfelelő kationarányok eltolhatják a növényi K-, Mg- és Ca-felvétel egyensúlyát (antagonizmus), hiszen a növények az tápanyag-felvétel során az ionokat a talajoldatban uralkodó koncentrációjuktól függően veszik fel (és nem az alapján, hogy milyen mértékben van rá szükségük). Az egyensúly felborulásának komoly növényélettani hatásai lehetnek, mint pl. a klorofill szintézis csökkenése, a sztómamozgás károsodása, a fiatal szövetek növekedésének leállása, faggyal és kártevőkkel szembeni érzékenység növekedése.

Az ún. bázistelítettség, vagyis a Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ és K⁺ ionok összegének aránya összefügg a talaj pH-jával. Minél kisebb a bázistelítettség, annál savanyúbb a talaj, és egyben annál rosszabb a szerkezete is. Az erős savasság (5,5 pH-KCl érték alatt) következtében több tápelem, különösen a foszfor és molibdén oldhatósága csökken, más tápelemek felvételében pedig a mikrobiológiai aktivitás csökkenése és a szerkezetromlás révén keletkezhetnek zavarok. Becsléseink szerint az 5,5 pH alatti savanyúság a nitrogén és foszfor műtrágyák hatékonyságát 30-70%-kal csökkenti.

A kicserélhető kalcium felelős a vízálló, porózus talajmorzsák és a stabil humuszanyagok kialakításáért. Aránya optimális esetben 60-75%. Ennél kisebb arány nagyon gyakori a barna erdőtalajokban, ahol a savanyú pH-t okozó a H⁺, Al³⁺, Mn³⁺ és Fe³⁺ ionok szorítják ki a kalciumot és az egyéb bázikus ionokat a kolloidok felületéről.

A magnézium és nátrium ionok éppen ellentétes hatásúak a kalciumhoz képest. A Mg²⁺ 20% fölötti és a Na⁺ 5% fölötti aránya a kationcsere kapacitásban a talajok szerkezetének súlyos leromlását okozza. Ez a jelenség az alföldi öntés és réti talajokon, valamint bizonyos dunántúli barna erdőtalajokon nagyon gyakran megfigyelhető. Jellemző, hogy az öntözés talajszerkezet romboló hatását is növeli, ha a kalcium rovására a nátrium és a magnézium ionok aránya megnő. Ezt súlyosbítja az is, hogy ilyen esetben a talajok ún. holtvíz-, vagy kötöttvíz-tartalma is növekszik így az öntözés hatékonysága tovább romlik.

A kationarányok alakulására néhány példát mutat be az 1. táblázat.

1. táblázat: A kationcsere kapacitás vizsgálatának jegyzőkönyve különböző talajtípusok példáján

Az ionok aránya egy meghatározott törvényszerűség alapján alakul ki, ahol a nagyobb adszorpciós affinitású ionok kiszorítják a náluk gyengébb affinitású ionokat. A kolloid felületeken lévő kationok dinamikus egyensúlyban vannak az oldatban lévő ionokkal. Ha valamely ion koncentrációja az oldatban megnő (akár a műtrágyázás vagy talajjavító anyag alkalmazás hatására), akkor bizonyos mértékben megváltozhatnak a lekötött ionok arányai is a kolloidokon. Ez azt jelenti, hogy a kationarányokat bizonyos mértékben javítani tudjuk talajjavító ásványi anyagokkal és műtrágyázással.

A bázistelítettséget, és ezáltal a pH-t Ca-tartalmú ásványi anyagokkal és melléktermékekkel növelhetjük, amely nem csupán a talajkémhatásra lesz hatással, hanem egyben a talajszerkezetet is kedvezően befolyásolja. Bázistelítettség növelésére alkalmazhatók pl. a puha- és keménymészkő őrlemények, ezek granulátumai, a cukorgyári mésziszap és a dolomit őrlemények, amelyek hatóanyag-tartalma CaCO₃ (mészkő) és CaMg(CO₃)₂ (dolomit).

Egyes talajjavítóknak a hatóanyaga CaO (égetett mész), amely ugyan gyorsabb hatást fejt ki a talajra, mint a karbonát tartalmú anyagok, azonban a kezdeti gyors pH növekedés később visszább esik, és egy alacsonyabb szinten stabilizálódik.

A Ca-telítettség megfelelő alakítása és az erős talajsavanyúság megszüntetése önmagában is lehet termésnövelő hatású. Savanyú talajok meszezésével a nehezen felvehető tartalék foszforkészletek is oldhatóbbá válnak, így a talajjavító meszezést is tápelem-visszapótlásnak kellene tekintenünk, ami a talajbiológiai aktivitásra is jótékony hatással van.

A kémiai talajjavításhoz szükséges talajjavító anyag formáját és dózisát a talaj kationcsere kapacitásából precízen ki lehet számítani. A pH emelkedés hatására potenciálisan felszabaduló tápanyagok mennyisége is becsülhető megfelelő talajvizsgálatok segítségével. Minden esetben a kicserélhető Ca²⁺ és Mg²⁺ tartalom alapján érdemes kiválasztani a talajjavító anyagot, nehogy a talaj Ca/Mg arányát kedvezőtlen irányba toljuk (példák a 2. táblázatban).

2. táblázat: Talajjavítási terv a megfelelő kationarányok és pH kialakítására

Nátrium és magnézium túlsúly esetén sajnos semmilyen talajművelő eszközzel nem lehet megfelelő porozitást biztosítani a talajban, ami a terméshozamok legfőbb limitálójává válik. Az egyedüli megoldás ilyen esetben a kémiai talajjavítás, a talaj pH-jától függően gipsszel vagy mésszel. Az inkább lúgos kémhatású talajok esetében a CaSO₄∙2H₂O (gipsz), a semleges és gyengén savanyú kémhatású talajoknál pedig a CaCO₃ (mész) hatóanyagok alkalmasak a Na⁺ és Mg²⁺ ionok kicserélésére és a megfelelő ionarányok kialakítására (példa a 2. táblázatban).

A meszes-szódás, erősen lúgos (jellemzően 8,5 pH-H₂O fölötti) talajok esetében a talajjavítás ilyen módon gyakorlatilag nem lehetséges, mert a Ca-tartalmú javítóanyagok nem oldódnak megfelelően, így a Na⁺ és Mg²⁺ ionokat sem tudják kicserélni.

A talajjavítás és műtrágyázás célértékeit a kationcsere kapacitás alapján lehet szakszerűen meghatározni, ahol az ioncsere törvényszerűségei adta lehetőségeken belül a kationok racionálisan elérhető optimálisabb arányaira kell törekedni. A pH és a talajszerkezet javulása a megfelelő ionarányok következménye lesz, amely folyamat sebességét a kationcserélő felületek nagysága határozza meg. A kisebb kationcsere kapacitású talajokban gyorsabb, a nagy kationcsere kapacitású talajokban pedig jóval lassabb a változás üteme, amely az alkalmazandó javítóanyag-dózisokban is jelentős különbségeket okoz.

Szerző: Dr. Juhos Katalin