Talaj kémia folyamatai

Az előadások a következő témára: "Talaj kémia folyamatai"— Előadás másolata:

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

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

3 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.

4 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, 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

5 Talajok sav-bázis titrálása
Agyagoknak nagy a puffer kapacításuk

6 pH szerepe az ionformákra

7 A szén megoszlása a földön

8 Különböző anyagok oldhatóságának pH függése

9 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

10 Mállás eredménye függ Aljkőzettől Hőmérséklettől Víztől Növényzettől
Mállás korától

11 Mállással képződő talajalkotók

12

13 Ásványok oldhatósága vízben
Jól oldódóak Rosszul oldódóak

14 A CaCO3 oldásának következménye

15 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

16 Az ásványok mállással szemben tanúsított ellenállása

17 Szilikátok jellegzetes mállási folyamatai

18 Agyagásványok képződése

19 Hidrolízises mállás

20 Vas átalakulásai

21 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

22 Mészkő oldódása és kiválása

23 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

24 Kolloidális jelenségek a talajban
Kolloid millimikron Durva diszperz rendszer 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

25 Részecskék méretei a talajban

26 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!)

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

28 Felületi kettősréteg

29 Fontosabb talajkolloidok kationcsere kapacitása

30 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

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

32 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.

33 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

34 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)

35 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

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

37 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

38 Idealizált huminsav

39 Huminsavak fémek komplexálása

40 Fulosavak, huminsavak,és a humunanyagok néhány jellemzője

41 Humuszanyagok frakcionálása

42 HUMINSAVAK Nagymolekulájú nitrogéntartalmú oxisavak (karbónium 50-60%, hidrogén 3-7%, oxigén 30-40%, nitrogén 2-6%) Adszorpciós kapacitásuk 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)

43 Talajfrakciók kationmegkötése

44 Talaj O2 és CO2 háztartása

45 Szervesanyag lebontás a talajban

46 Talajok biomassza tömege t/ha

47 Növények bomlása a talajban

48 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

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

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

51 Talaj szervezeteinek red-ox folyamatai

52 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

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

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

55 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

56 Talaj és az éghajlat összefüggése

57