A makronutriensek bioszintézise
A növényi makronutriensek forrásai – az O, C és N kivételével – szervetlen, ásványi anyagok, amelyekből a talajélet segítségével szabadulnak fel és kerülnek felvehető formába a kationos vagy anionos tápelemek.
A magnézium szerepe és pótlása a növényekben
A makronutriensek közül a stabil, hosszú távú pótlását tekintve egyik legkényesebb a magnézium, mivel a növényi metabolizmus és a kapcsolódó talajbiológia arra rendelkezett be, hogy csírázási és növekedési, termésfejlődési időszakban a folyamatosan keletkező agyagásványokból, málló szilikátokból a szükséges magnéziumot pontosan megkapják a növény zöld részei. A humuszdús rétegbe visszakerülő, lebomló biomassza magnéziuma a szilikátos kolloid útvonalon újra hasznosítva van, amennyiben a megfelelő gyökérzónába való beszivárgási útvonalak rendelkezésre állnak. Ugyanez érvényes a többi nutriensre is, a primer módon, ásványi rácsból való kioldódás mellett a második legalább annyira jelentős forrás a visszahulló, átöblített biomassza. Tehát, ha a biomasszát eltávolítjuk, és a talaj ásványtani összetételét lesilányítjuk a túlzott szerves- és műtrágyázással, tulajdonképpen éhhalálra ítéljük azokat a talajbaktériumokat, amelyek évmilliók alatt fejlődtek ki a növények táplálására. Mint a legtöbb tápelem, a Mg pótlására is vannak ásványi, szintetikus vagy természetes források (1. táblázat), amelyek változó hatásfokkal és hatásidővel juttatnak ionos Mg-ot (és egyéb nutrienseket) a gyökérzónába, de ezek használata csak tovább gyéríti a szilikátokat metabolizáló baktériumokat, illetve a szilikátos forrásokat nem helyettesíti rövid- vagy középtávon sem.
Zöld mint magnézium: a fitomineralizáció elve
A klorofill összetételében található legfontosabb kémiai elem a központi atom, a magnézium (Mg). A Mg hiánya a klorózis egyik fő oka, szem előtt tartva, hogy a klorofill fotoszintézis általi előállítása több makro- és mikronutrienstől is függ, mint a nitrogén és kálium, valamint a cink, mangán és réz. Míg a Mg és N a klorofillmolekulák létrejöttéhez kötelező elem, addig a többi nutriens főleg a megfelelő iontranszport, membrándiffúzió lejátszódásához szükséges. Az egészségesen zöld növényzet tulajdonképpen bányászati tevékenységet folytat, ugyanazt a folyamatot, amit a fitobányászat (fémek kinyerése) esetében is kihasználunk, csak itt éppen az életben maradásukért vonják ki a különböző ionokat a földtani közegből.
A fitomineralizációs folyamatokkal serkenteni tudjuk a tápelemek csoportosított, osztályozott felvételét a megfelelő ásványi adalék hozzáadásával. A magnézium kinyerését a zöld részek dúsabb, fokozott növekedésével tudjuk elérni, tehát a megfelelő kálium-nitrogén-szilícium kombináció növelésével kell a metabolizmust fokozni. A folyamatok a terméshozam növelésére vagy műtrágyák kiváltására is alkalmasak lehetnek, de precíz mennyiségi tervezést igényel, hogy a növényeket ne fullasszuk meg a túláradó tápelemekkel. Viszont, ha feltételezett célunk az, hogy minél több magnéziumot termeljünk ki a kiválasztott növények segítségével, akkor ez egy optimális, zöld és környezetbarát bányászati eljárás lehet. A Mg mellett természetesen a többi tápelemet is fokozottan veszi fel a bányászatot végző növény, mivel nem lehetséges csak Mg-ra termelni. Bár a növényi anyagon végzett mérések alapján elhanyagolhatónak tűnik a Mg, P és S mennyisége, a szerves anyag (60–70% szárított biomasszában) eltávolítása vagy az ionok kioldása után akár 50–60-szoros koncentrációnövekedéssel is számolhatunk.
Így az eredmény tulajdonképpen két irányban is előremutató: precízen tervezve kiválasztott növényekkel ionos tápanyag-komplexeket termelni, vagy adott haszonnövény tápelemkoktélját a növény fiatal hajtásaival finomított formában kibányászni.
Mivel a klorofillt a fotoszintézist végző részek hordozzák, így a magnézium jelentős dúsulására is a zöld részekben, levelekben kell számítanunk a többi tápion változó aránya mellett. Bár vannak olyan termések, magvak, csontházú termények, amelyekben a magnézium is dúsulhat, a tápanyag-irányú kinyerésére egyértelműen a zöld részek a legalkalmasabbak.
Felhasználási lehetőségek (4 módszer)
A hasznosítás lehetséges módozatait tekintve azonban előre meg kell tervezni, hová raktároztatjuk a növényeinkkel a kibányászott tápelemeket:
• Direkt felhasználás: takarónövény vagy mulcs. Az időjárási viszonyok irányítják a kioldódást. Ideálisan fűfélék, amelyek uralkodóan levélzetből épülnek fel, és minden tápanyagot egyben raktároznak.
• Oldatban való kinyerés és felhasználás: magnéziumra levelek, káliumra és kalciumra lágy, valamint rostos-háncsos részek, a szulfát és foszfát növénytípustól függően szétválasztható vagy együttesen hasznosítható.
• Termikusan feldolgozott: bioszénformátum, amely elsősorban a talajjavítás, szerkezetlazítás és vízmegtartás adalékanyaga, de a nem illó típusú tápanyagokat is hordozza. Ha nem kifejezetten tápanyagbevitelre tervezzük, akkor a háncsedényekben gazdag, rostos növényi részekből készülhet.
• Égetéssel átalakított: levegőn, oxigén jelenlétében elégetett biomassza, amelyben csak az ásványi alkotók maradnak vissza, magas hőmérsékletű szilikátos, oxidos, szulfátos vagy foszfátos formában. Ebből kifolyólag az ásványi tápionokban dús, alacsony szervesanyag-tartalmú növényi biomassza legalkalmasabb nyersanyaga.
Mulcs és takarónövény
A szántások közötti vagy szántás nélküli talajművelés esetében a talaj felszínére kihordott vagy otthagyott növényi biomassza kellő mértékben után tudja pótolni a nutrienseket, amennyiben két fő tényezőre optimalizáljuk az eljárásunkat: a mulcsból kioldódó, bakteriálisan felszabadított tápelemspektrum fedje le a termeszteni kívánt növény tápelemigényét, és a felszabaduló tápelemek ne mosódjanak ki, illetve a gyökérzóna felé szivárogjanak, amire a haszonnövények szüksége lesz. Érthető módon a legnagyobb kihívást a vízellátás fogja okozni, hiszen az öntözés költségei nem térülnek meg, és a rostokból visszamaradó cellulóz gyorsan felhalmozódik a talajban. Ez a vízháztartás és ionadszorpció szempontjából is hasznos jelenség lehetne, ha a talaj bakteriális közösségeinek az egyensúlyát nem borítaná fel, illetve az ásványokat metabolizáló közösségeket nem szorítaná háttérbe.
Adszorbeált extraktum
A szerves vagy szervetlen mátrixban kötött tápelemek jelentős része vízoldható, áztatással vagy öblítéssel kinyerhető. Így vegyszerek és kémiai eljárások (pH-módosítás) nélkül is kioldhatók az ionok, bár alacsonyabb hatásfokkal, amit ellensúlyozhatunk a fitomineralizáció fokozásával. Mivel itt csak a vízoldható fitomineralizációs termékekkel dolgozunk, így a biomaszszában jelentős ásványi tartalék maradhat, mint a SiO2különböző formái vagy a Ca-oxalátok, gipsz (Ca-szulfát) és kalcit (Ca-karbonát). Elsősorban a zöld, lágy részekre legjobb hatásfokú eljárás, ahol kevesebb olaj, gyanta, parafin és egyéb vízálló komponens gátolhatja a vízzel való kioldást. Kísérleti eredmények alátámasztják a változatos kioldhatótápelem-kombinációt és az ásványi porokkal serkentett fitomineralizáció jelenségét is (3. táblázat).
Az ásványi porok hatására változik a mineralizált ionok mennyisége, és kimutatható, hogy a szilícium nem csak oxidosan, kiválásként van jelen, hanem a szerves molekulákban, vízoldható formában is.
Bioszén – tápelemmegőrzés termikus eljárással
A bioszenek esetében is jelentős mennyiségű tápelem őrződhet meg a termikus gyártási folyamatok során, beleértve a nem vízoldható formában mineralizált anyagok összetevőit is. A bioszén és aktív szén piaci megnevezések tulajdonképpen ugyanazt az anyagot és folyamatot fedik le, legfeljebb kisebb technológiai eltérésekkel. Az aktív szén elsősorban vegyipari, kémiai vagy egyéb adszorpciós, szűrési folyamatokhoz használt anyag, ezért a növényi tápionok eltávolítása általában kívánatos. A bioszén kisebb hőmérsékleten és a tápionok eltávolítása nélkül is készülhet, mivel a sejtek szerves anyaga, a háncsedények lignin- és lignocellulóz-tartalma karbonizálódik, és a több száz, akár 1000 m2/g fajlagos felületet létrehozza akkor is, ha az elsődleges tápionok a karbonizált szerves váz maradványaiban megőrződnek. A hőmérséklet fokától függően átalakulhatnak a szervetlen ásványi anyagok, a nitrátok elbomlanak már 400 °C alatt, míg a szulfátok jelentős része a vízvesztés után akár 800–900 °C-ig is stabil marad. A szerves molekulák szilíciumtartalma vagy fitomineralizált SiO2-dúsulások jelenlétében olyan szilikátok képződhetnek, amelyekkel a tégla és cserép vagy alumíniumszegény cementklinker esetében is találkozunk.
Hamu – tápanyagban dús ásványi maradvány
A legkevésbé környezet- és energiabarát feldolgozás a hamu előállítása, de vannak olyan komponensek, amelyeknek a gazdaságilag maximálisan értékesíthető dúsítása és anyagformája a növényi hamuban valósul meg. A modern füstgázszűrő és -elnyelető rendszerekben a környezetkímélő eljárások megvalósíthatók, az energiahatékonyság és a mikronos hamupor vagy pernye kezelése a szűk keresztmetszet. Így legtöbbször élelmiszeripari biomassza (gabonapelyva, napraforgó maghéj, gyümölcsfeldolgozás) megsemmisítéséből keletkező hamut hasznosítanak, de már vannak olyan műtrágya-kombinációk is a piacon, amelyekhez kisüzemi léptékben célzottan hamvasztanak növényi biomasszát. A megfelelő kiégetést 700–800 °C-on kell végezni, így a klinkerszilikátok jelenléte esélyesebb, sőt a megfelelő szilíciumadagolással olyan szilikátos tápkompozitot lehet előállítani, amely hosszú távú, lassított leadású, talajazonoshoz közeli formátumban viszi be a tápelemeket.
Dr. Kristály Ferenc
Miskolci Egyetem
Agrárágazat Tudástár – Fitomineralizáció
A fitomineralizáció olyan biológiai folyamat, amelynek során a növények a talaj ásványi anyagaiból – például szilikátokból – vonják ki a tápelemeket, így a magnéziumot is. A zöld részek dúsabb növekedése révén fokozható a makro- és mikrotápanyagok felvétele, ami hosszú távon csökkentheti a műtrágya-felhasználást. A fitomineralizációval nemcsak a növény tápanyagellátása javítható, hanem környezetbarát „zöld bányászatként” is alkalmazható a talaj tápanyagkészletének fenntartható kiaknázására.
