Zala megye jellemző talajtípusainak káliummegkötő képessége

A talajba juttatott trágyák egy rendkívül bonyolult biológiai és kémiai szűrőberendezésen, a talajon keresztül jutnak el a növényekhez. A tápanyagok tekintélyes része először magára a talajra fejti ki hatását, kisebb-nagyobb részük a talajban kötődik le biológiai, fizikai és kémiai úton. Káliumtrágyázás kapcsán fontos, hogy részletes ismeretünk legyen a talajba került trágya sorsáról, a talaj káliumállapotában beállt változásokról.

Zala megyében a magasabb térszíni fekvésben lévő területeken az uralkodó talajtípus az agyagbemosódásos barna erdőtalaj, ugyanakkor a nyugati térségben nem ritka a pszeudoglejes barna erdőtalaj, a keleti részén pedig a barnaföldek megjelenése. A mélyfekvésű völgyekben réti-, lápos réti- és  öntéstalajok alakultak ki.

A zalai talajokra általában jellemző (~80%), hogy  szerves anyagban gyengén illetve igen gyengén ellátott. Kötöttségük nyugatról kelet felé haladva csökken, a foszfor- és káliumellátottság pedig jelentősen javul.

Az agyagbemosódásos talajokon - a végbemenő kilúgzódás hatására - nemcsak a vízben és gyenge savakban oldódó sók mozdulnak el, hanem részben a kolloidok is. Ennek következtében ún. textildifferenciált szelvény alakul ki, azaz a kilúgzási szint mechanikai összetételében az agyagfrakció mennyisége kisebb lesz, a felhalmozódási szintben pedig feldúsulás következik be. E talajok tompító képessége csökken és vizes kivonata savanyú. Semleges sóoldatban mérve a pH még alacsonyabb, gyakran közel egész értékkel. Zalában a talajkolloidok kationadszorpciós kapacitásának átlag 50-70%-a van bázikus kationokkal lekötve, a fennmaradó rész kicserélhető H⁺ és savas hidrolízise révén szintén savanyúságot okozó Al⁺⁺⁺ foglalja el. Ezekkel a jelenségekkel együtt mutatkozik a talaj Mn-tartalmának nagyobb mértékű mozgékonysága is.

Káliumdinamikát és a növények számára hozzáférhető kálium mennyiségét, ásványi talajokban, alapvetően a tápelemek mozgása határozza meg az agyagásvány – talajoldat – gyökér rendszerben. A talajnak azt a tulajdonságát, hogy képes a talajoldatból a gyökerek által felvett káliumot kationcsere folyamatokban pótolni, illetve az agyagásványok felületéről káliumot a talajoldatba leadni és ezzel a talaj káliumkoncentrációját állandó értéken tartani, kálium-pufferoló képességnek nevezzük.

A talajok kálium-pufferoló képessége az agyag mennyiségétől és az agyagásvány-összetételtől függ. Azonos kicserélhető káliumtartalom, ill. AL-K esetén, a kevés agyagot tartalmazó  talajokon (homokon) a talajoldat koncentrációja lényegesen nagyobb, mint a több agyagot tartalmazó (vályog, agyag) talajokon. Éppen ezért az agyagban gazdag talajokon nagyobb kicserélhető káliumtartalmat kell fenntartanunk ahhoz, hogy a talajoldatban a növények ellátásához szükséges káliumkoncentrációt biztosítsuk. Az agyagban gazdag talajok összességében több káliumot tartalmaznak, ennek következtében nagyobb a pufferolóképességük, mint a homoktalajoknak. Az agyagtartalmon kívül az agyagásványok minősége határozza meg a káliummegkötés , illetve felszabadulás intenzitását.

Talajaink domináló agyagásványai az illit, vermikulit, montmorillonit, klorit és a kaolinit. Kémiai összetételük és viselkedésük a talajok K-háztartásában jelentősen eltér.

A klorit és kaolinit elsősorban az erősen elsavanyodott erdőtalajokban, ill. tercier talajképződményekben: a vörösföldekben, vörösagyagokban fordul elő. Az említett agyagásványok káliumtartalma és raktározó képessége csekély, a káliummegkötés intenzitása is kicsi. Az illit a klorittal és a kaolinittal ellentétben káliumban gazdag agyagásvány (4-7% K₂O). A káliumkészlet túlnyomó része azonban nagyon erősen kötődik az agyagásvány rétegrácsai között és csak a talajoldat erős káliumelszegényedése esetén válik lassan felvehetővé a növények számára. A vermikulit és montmorillonit, káliumtartalmuk alapján közbülső helyet foglalnak el az illit és klorit ill. kaolinit között. Mindkét agyagásványnak nagy a kationmegkötő-képessége. A A vermikulit a talajoldatban jelen lévő káliumionokat a káliumionokban elszegényedett rétegek közé beépítve fixálja, ezzel hozzáférhetőségük a növény számára megszűnik. A montmorillonit ezzel szemben a rétegrácsok közé beépített káliumot is viszonylag nagy részarányban újra leadja a talajoldatba, így a növények számára hozzáférhető marad.

A nyugat-dunántúli erdőtalajok agyagfrakcióinak ásványtani elemzése illitek jelenlétét mutatta ki. Az illiten kívül kvarc, klorit és szabálytalanul közberétegzett illit-montmorillonit fordul elő. Málatlan illitet nagyobb arányban a felső talajszintek tartalmazzák. A málott illit-montmorillonit – mint peptizálódásra hajlamos agyagásvány – mélyebbre áthelyeződve a „B” és „C” szintekben található nagyobb mennyiségben. A klorittartalom a pszeudoglejes barna erdőtalajok szelvényeiben fokozódik. A kvarc feldúsulása a kilúgzási szintek kísérője.

A kvarc csekély adszorbeálódó képességű. A kloritok a kaolinithez hasonló adszorpciós viselkedésűek, így nem befolyásolják lényegesen az illitek által meghatározott kicserélőkapacitás nagyságrendjét. A nagy kationcserélő-képesség (T-érték) a szmektit agyagásványcsoport tagjaira jellemző, míg a kis T-érték a kaolinitra. A közepes érték származhat illittől vagy kaolinit-montmorillonit keveréktől. A zalai talajok átlagos adszorpciókapacitása a hazai viszonylatban közepesnek nevezhetőnél alacsonyabb.

Egyes zalai talajoknak gyakran 25-30% agyagtartalom esetén 50 körüli a kötöttségi száma (K_A). Ez a kötöttségi szám nehezebb mechanikai összetételűnek jellemzi a talajt a valóságosnál. Elképzelhető, hogy a talajok illites volta magyarázza ezt a szokatlan jelenséget, ugyanis ásványi talajok vizsgálata során legmagasabb kötöttségi értéket az illit adja /Csehné, 1978/.

A talajban található kálium formák

A talajban lévő kálium ionok különböző módon kapcsolódnak a talaj szilárd vázához.

Ásványi talajokban a kálium túlnyomó része szilikátokban van jelen. A talaj rendkívül fontos kálium forrását képviselik a szekunder agyagásványok, ezek közül a legjelentősebb ásványok az illit,  vermikulit, klorit és  montmorillonit.

Majdnem az egész kálium készlet szervetlen formában van a talajban. Aránylag sok a K-készlet, de kevés belőle a felvehető mennyiség. A magyarországi talajok nagy részének kálium tartalma K₂O-ban kifejezve 0,2-0,3%, de lehet 1-2% is, ennek megfelelően a felső szántott rétegben 6 000 - 10 000 illetve 30 000 - 60 000 kg/ha K₂O (Stefanovits 1975.). Ugyanakkor a  növény gyökéren keresztül csak a talajoldatból képes közvetlen káliumfelvételre. A talajoldat viszont csak 5-45 kg K₂O/ha káliumot tartalmaz, ezért a növények káliumellátásában különösen fontos szerep jut a kálium-utánpótlásnak, az agyagásványok felületéről.

A előforduló kálium vegyületek igen változatosak lehetnek, melyek kálium-szolgáltató képesség tekintetében különböznek egymástól. A legkevésbé szilárdan kötött – azaz a növények számára legkönnyebben felvehető – a talajoldat kálium készlete és a talajkolloidok felületén kicserélhetően adszorbeált kálium ion. Nehezebben hozzáférhetőek az agyagásványok rétegei közé bezárt ionok. Alig felvehetőek az ásványok kristályrácsaiba beépült ionok. A felsorolt kálium formák – a K-lekötődés és K-felszabadulás - között egyensúly áll fenn.  Az a tény, hogy a legtöbb talaj összes káliumtartalmából csak egy kis rész található a növények számára azonnal hasznosítható formában, azzal magyarázható, hogy a kálium vegyületei a talajban a vízoldható állapottól kezdve a csökkenő mozgékonyságú frakciókon keresztül a primer ásványokba beépült formákig található meg.

A talaj kálium megkötőképességét befolyásoló tényezők

Gyakorlati trágyázási szempontból fontos ismerni egy adott talaj ún. K-szolgáltató képességét, amelyet sok tényező befolyásol. Ezek közül legfontosabbak az adott talaj agyagtartalma, az agyagkolloid típusa, a talaj hőmérséklete, szervesanyag tartalma, a nedvességi és kiszáradási periódusok váltakozása.

A talaj K-szolgáltató képessége nemcsak a kicserélhető kálium mennyiségétől függ, hanem befolyásolja a nem kicserélhető frakcióból való utánpótlás üteme is.

A talajok K-megkötőképessége befolyásolja a trágyaszükséglet nagyságát, ezért a könnyen oldható tápanyagtartalmon kívül célszerű ismernünk a talajok tápanyagmegkötő képességét is. A gyakorlat számára ez a jelenség rendkívül fontos. E folyamat ki nem cserélhető formában történő megkötést jelent, tehát mintegy ellentéte azoknak a talajban lejátszódó folyamatoknak, amelyek során a nehezen hozzáférhető formák a vízoldható illetve kicserélhető formákká alakulnak át.

A tápanyag megkötődése és felszabadulása  olyan dinamikai folyamat, melyet a talaj kolloid részeinek mennyisége és minősége nagymértékben befolyásol. A talajban mind a szerves, mind a szervetlen alkotórészek között vannak olyanok, amelyek méretük következtében a kolloidokhoz tartoznak (1-500 m? közötti tartomány). A kationcserére képes aktív felületek poláros adszorbensek, melyek egyrészt a kolloidot körülvevő folyékony közeg pH-tól függő, másrészt ettől független nagyságú, többnyire negatív töltéssel rendelkeznek.

Protonleadásra képes helyek agyagásványok esetében a kristályrács felépítésében résztvevő Si-OH vagy Al-OH csoportok. Az ilyen csoportok viselkedése gyenge savakéhoz hasonló, jellegük tehát gyenge acidoid. A erős acidoid jelleget okozó permanens töltés az agyagásványok kristályrácsában bekövetkező izomorf helyettesítésből ered. Az izomorf helyettesítés bizonyos agyagásvány típusoknál fordul elő és abból áll, hogy a rácsot felépítő  szilikát tetraéderek, illetve aluminát oktaéderek közötti Si – illetve Al- ionját hasonló átmérőjű, de kisebb vegyértkű ion (Si-ot AL, az Al-t leggyakrabban Mg) helyettesíti.

A fennmaradó negatív töltésfelesleghez pozitív ionok kapcsolódnak, amelyek attól függően, hogy az izomorf helyettesítés melyik rétegben következik be, kicserélhető vagy nem kicserélhető módon kötődik meg. Így például, ha a helyettesítés a hármas rétegkötegből (SI-Al-Si) álló agyagásványok különböző oktaéderes rétegében következik be, a kationok megkötődése kisebb erősségű. Ez jellemzi a montmorillonit típusú agyagásványokat. Ha azonban az izomorf helyettesítés a tetraéderes rétegben következik be, pl. illit esetében a maradék negatív töltéshelyekhez K⁺ illetve H⁺ ionok kapcsolódnak és poláros jellegű kötéssel tartják össze a szomszédos rétegkötegeket. Így a rétegek közé vízmolekulák nem tudnak behatolni és a megkötött kálium ionok nem hozzáférhetőek az ioncsere szempontjából. Ioncserére ez esetben csak a külső felületen megkötött kationok képesek, s ezért az illit kationadszorpciós kapacitása lényegesen alatta marad a montmorillonit kicserélő kapacitásának. Míg ez utóbbi T-értéke 60-120 mgeé/100 g, az előbbié 20-40  mgeé/100 g nagyságú.

Az agyagásványokon kívül az Al- és Fe-hidroxidok, valamint a kovasav és titánsav is részt vehet a talaj kationcserélő képességében.

A káliumnak az egyes agyagásványokban többféle adszorpciós poziciója van, melyek kötési energiája nagyon különböző lehet. Mengel (1976) az agyagásványoknál három különböző szelektivitású K-ion kötéshelyet különböztet meg. A rétegcsomagok közötti kötéshelyeknek (i pozíció) van a legnagyobb, az agyagásvány felületén lévő kötéshelyek (p pozíció) van a legkisebb  kálium szelektivitásuk. A kitágult illit sarkain lévő kötéshelyek (e pozíció) K-szelektivitása közepes.

A 2:1 típusú agyagásványokra jellemző, hogy a tertraéderes és oktaéderees pozíciókban gyakran nem azonos vegyértékű az ionhelyettesítés, s ennek következménye a fellépő szabad kötés.  Viszonylag nagy a távolság a rétegcsomagok között, ami függ a nedvességi állapottól, illetve  a réteg közé került kálium mennyiségétől. A vermikulit továbbá a szélein fellazult illitek  esetében, ha a kálium elfoglalja specifikus helyét a rétegek között összehúzza az ásványt, minek következtében a bázistávolság mintegy 30%-al csökken. Az ilyen módon megkötött kálium a növények számára nem hozzáférhető.

A montmorillonit nedves körülmények között nem fixál. Nagyfokú kiszáradás esetében azonban adszorpciós vizet veszít a rétegek közül. Ilyenkor összezsugorodik úgy, hogy a rétegrácsok közötti K-ionok ugyancsak fixálódnak. Minthogy száraz rögzítés esetében a kitágult illiten és vermikuliton kívül a montmorillonit is fixál, a kálium megkötés értékei magasabbak, mint nedves állapot esetén.

Általában egyenes arány van az agyagfrakció mennyisége és a talaj kálium szolgáltató képessége között. Ahol több az agyagfrakció, nagyobb a talaj K-tartalma, de ugyanakkor nagyobb a kálium megkötés, az ún. fixáció lehetősége is. A K-fixálás a talaj agyagtartalmától függ, tehát a K-adagok megállapításánál a talaj agyagtartalmát is figyelembe kell venni. A talajok agyagtartalmának mennyiségén kívül jelentős tényező az agyagfrakció minősége, agyagásvány összetétele. Mivel a talaj ásványi összetételének megváltoztatására nincs lehetőségünk, ezért a kálium fixálódást csak ésszerű műtrágyázási módokkal lehet csökkenteni.

Magyarné Kovács Edit

2006. 04. 24.