Talaj kémia folyamatai Stefanovics: Talajtan Rácz et al. Környezeti Kémia, 2002 L. R. Berg, Visual environment, Wiley, 2007

A talaj kémiai tulajdonságai Kémhatás: Háttere: a talajban lévő víz kiold bizonyos talajelemek (kilúgzás): - Durva eloszlásúak - Kolloidális eloszlásúak - Iondiszperz rendszerek

Kémhatás 1. Tényleges savanyúság: OH- ionok koncentrációja a ténylegesen mért talaj pH Fontos hatással van a talaj biótáira Szezonális változást mutat: Ősszel a legalacsonyabb, majd tavaszig folyamatosan emelkedik.

Talaj kémhatásai Talaj pH: < 4,5 erősen savanyú 4,5-5,5 savanyú 5,5-6,5 enyhén savanyú, 6,5-7,5 semleges 7,5-8,2 gyengén lúgos 8,2-9 lúgos 9 < erősen lúgos Tulajdonság Jól felvehető: Zn, Mn Rosszul felvehető: Ca, S, Mg, N Acidofil (savanyúság kedvelő) talajokgombák, mohák élettere Jól felvehető: Mo(molibdén) Rosszul: Fe, Mn, Cu, sok baktérium-nitrofil, bazofil talaj

Talajok sav-bázis titrálása Agyagoknak nagy a puffer kapacításuk

pH szerepe az ionformákra

A szén megoszlása a földön

Különböző anyagok oldhatóságának pH függése

Talaj kémia folyamatai Kémiai mállás fajtái Oldódási folyamatok (fizikai, kémiai, red-ox) Szilikátok hidrolízise Savas oldatok hatása Oxidáció, redukció Más kémiai folyamatok Kiválás Ioncsere Cementálódás

Mállás eredménye függ Aljkőzettől Hőmérséklettől Víztől Növényzettől Mállás korától

Mállással képződő talajalkotók

Ásványok oldhatósága vízben Jól oldódóak Rosszul oldódóak

A CaCO3 oldásának következménye

Mállás eredménye - ásvány térrácsának lelazulása, esetleg szétesése (kovasav + bázishidroxidok) - új rácskötések kialakulhatnak - másodlagos ásványok kialakulása , agyagásványok: montmorillonit: 2KALSi3O8 + H2O=Al2O3 * 4SiO2 * H2O+ K2O+2SiO2 Kaolinit: (pl.: laterit) 2KALSi3O8 + 2H2O=Al2O3 * 2SiO2 * 2H2O+ K2OH + 4SiO2

Az ásványok mállással szemben tanúsított ellenállása

Szilikátok jellegzetes mállási folyamatai

Agyagásványok képződése

Hidrolízises mállás

Vas átalakulásai

SZIKESEDÉS A talajképződés során a felső szintekben só-felhalmozódás (Ca-Na-Mg-kloridok, szulfátok és karbonátok, pl: Na2CO3 szóda) következik be. Oka: Klimatikus: a párolgás jóval meghaladja a csapadék mennyiségét (száraz égh). Felfelé irányuló vízmozgás miatti só-felhalm. Lokálisan a felszínközeli talajvíz okozza, főleg nyári száraz periódusban

Mészkő oldódása és kiválása

SZIKEK TÍPUSAI Szoloncsák: Szolonyec: Talaj felső szintjében (1 m-nél közelebb) jellemző NaCo3 túlsúlya mellett, NaCl, Na2SO4 Erősen lúgos pH Szolonyec: Só felhalmozódás mélyebben van, humuszos szint jellemző

Kolloidális jelenségek a talajban Kolloid - 1-500 millimikron Durva diszperz rendszer - 100 mikronnál nagyobb Molekuláris v. iondiszperzió -1 mikronnál kisebb Fajták: Ásványi kolloidok: agyagásványok, kovasav, Fe és Al hidroxidok Szerves kolloidok: humusz,fehérje, cellulóz Szerves-ásványi komplexumok: bevonatok

Részecskék méretei a talajban

A kolloid rendszerek fontosabb tulajdonságai Adszorpció: A kolloid méretű molekulák között kohéziós erő hat, mely elektromos töltéshez hasonlítható, (de nem abból ered) Felületükön képesek megkötni elektromosan semleges molekulákat: Poláris és apoláris ionadszorpció A kötés mértéke függ a talajoldat összetételétől (kationok!)

Bázis csere a talajokban A folyékony fázisban lévő kationok becserélődési energiája koncentrációjukkal egyenesen arányos: - kevésbé hidratált kation nagyobb becserélődési energia

Felületi kettősréteg

Fontosabb talajkolloidok kationcsere kapacitása

Koaguláció Ha a részecskék töltésüket elvesztik összetapadnak és leülepednek, koagulálnak Függ a töltéstől és a adszorbeált anion, illetve kationoktól Kettős elektromos töltésű ultramikron alakulhat. A koaguláció mértéke függ a kationok hidratáltságának mértékétől tehát le tudja –e árnyékolni a részecske negatív töltését, ezzel segítve a koagulációt. Szol gél állapot

Peptidizáció Gél szol állapot Az összetapadás megszűnik amely a vastag hidrátburkú ionok becserélődésére vezethető vissza

TALAJOK ADSZORBEÁLT KATIONOK ALAPJÁN Kation adszorpció kapacitás: T érték= mg egyenérték/100 g talaj Kicserélhető kationok: Ca, Mg, K, Na Összegük a talaj S értéke= mg/100g talaj mértékegységben A hidrogén már kis mennyiségben is megváltoztatja a talaj kémiai tulajdonságait, ezért nem számít S értékbe Telített talaj (CaCO3, Na sók) nincs kicserélhető hidrogén, ezért T=S értékkel.

TALAJTELÍTETTSÉG S/Tx100- százalékban fejezi ki T és S különbségét Hidrogén talajok savanyú talajok kedvezőtlenek, mert toxikus elemek (ólom, kadmium, higany) ionjait oldatban tartja, így azok bekerülhetnek a növényekbe. Kalcium talajok: S érték %-ában kifejezve a kalciumtartalom 80%-nál több

TALAJTELÍTETTSÉG Magnézium talajok: S érték %-ában kifejezve a magnézium tartalom 30%-nál több Nátrium talajok: S érték %-ában kifejezve a nátrium tartalom 15%-nál több (szikes talajok)

Humusz szerepe a talajban Talaj szerkezetében: cementálás Talaj tápanyag gazdálkodásában: nitrogén forrás, depó Talaj vízgazdálkodása: nagy megkötő képesség Talaj kémiai szerepe: puffer, ion kötés, ion csere

A humusz kémiája A talaj nem specifikus szerves vegyületei: - zsírok - szénhidrátok és rokonanyagok - proteinek és származékaik - ligninek és származékaik - cserzőanyagok - gyanták és terpének

Humusztartalom meghatározása Összes-szervesanyag = humusz mennyiség meghatározása karbónium tartalom alapján: karbónium mennyiség x 1,72 Jelentősége: Kedvezőtlen káros hatások (nehézfémek, növény-védőszerek, vanillin, benzoesav, egyes aldehidek) csökkentése, a toxin anyagok adszorbeálása által

Idealizált huminsav

Huminsavak fémek komplexálása

Fulosavak, huminsavak,és a humunanyagok néhány jellemzője

Humuszanyagok frakcionálása

HUMINSAVAK Nagymolekulájú nitrogéntartalmú oxisavak (karbónium 50-60%, hidrogén 3-7%, oxigén 30-40%, nitrogén 2-6%) Adszorpciós kapacitásuk 350-500 mg egyenérték/100g Podzol talajoktól a csernozjomokig nő a huminsavak karbónium tartalma, a karbónium/hidrogén arány (hideg mérs-től a valódi mérs.övezetig). Csernozjomoktól a gesztenye és szürke talajokig csökken a karbónium tartalom( mérs-övezettől a forró övezetig)

Talajfrakciók kationmegkötése

Talaj O2 és CO2 háztartása

Szervesanyag lebontás a talajban

Talajok biomassza tömege t/ha

Növények bomlása a talajban

Enzimek a talajban Karbohidrázok: - talajban lévő szénhidrátok hidrolizálása Észterázok: - észterkötések bontása nukleinsavak, foszfortartalmú anyagok Amidázok: - amidok és rokon vegyületeik C-N kötéseinek bontása Proteázok: - Fehérjék és bomlástermékeik hidrolízise Redoxázok: élő sejtek energiafolyamatiainak katalízise

Mállás mikrobiológia tényezői Nitrogént csak a pillangós virágúak és a cianobaktériumok tudnak

A biológiai mállás: Baktériumok: nitrifikáció-Nitrosomonas, Nitrobacter fajok denitrifikáció - Desulfovibrio spp. sugárgombák: (Myococcus) cellulózbontás, humuszbontás

Talaj szervezeteinek red-ox folyamatai

Egyéb gombák: elsavanyosodást jelzők Cladopsorium humifaciens Mucor, Penicillium, Aspergillus fajok Algák: Oxigénellátás javítása, szerves anyaggal való gazdagítás, légköri N megkötés Cyanophyta: Goelocapsa, Nostoc, Anabaena fajok Chorophyta: Chamydomonas, Chlorococcus, Cladophora fajok

Talaj fauna Férgek: (főként gyűrűsféreg) “koprolithikus humusz” 200-1000kg/hold Fonálférgek-gyökérpusztítás, baktériumok pusztítása Ízeltlábúak: atkák (acari) humuszképződésben fontos szerep, mechanikai javítás - morzsalékos szerkezet

Gerincesek: - Talpa europea; Spalax leucodon , Lepus europaeus - Keverik a talajösszetevőit, kedvező tápanyagellátottság - Járataikkal jó átszellőztetést biztosítanak - kotrovina

Nitrátok ammóniává alakulhatnak át - könnyen oldatba kerülnek - kimosódás - nitrogén veszteség Aerob lebomlás: - élénk mikroorganizmus tevékenység - megfelelő pH, hőmérsékleti és víz és tápanyag viszonyok szükségesek - nitrátok, karbonátok foszfátok szilikátok a talajban visszamaradnak - gazdagítják a tápanyagkészleteket

Talaj és az éghajlat összefüggése