Mostanában egyre többet foglalkozunk a talajjal és annak szervesanyag-tartalmával, hiszen mind gyakrabban hallani a talajok romló termőképességéről, pusztulásáról, szerkezetük degradálódásáról. Kétségtelen, hogy a talaj szerves alkotói számos kedvező tulajdonsággal ruházzák fel a termőföldet. Az is egyre világosabb, hogy a korábban a növénytermesztésben sokszor csupán „termesztőközegként” kezelt talaj szerepét ma már sokkal pontosabban értékeljük a gazdálkodásban.
A szántóföldi növénytermesztés alapja mindig is a talaj volt, és ez a jövőben sem változik. Miközben az emberiség létszáma nő, a világ termőterületei folyamatosan csökkennek, ezért az egységnyi területről betakarítható termés mennyiségének is növekednie kell. Ehhez azonban stabil alapra van szükség: jó biológiai, kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkező talajra. Mostani írásunkban a talaj szervesanyag-tartalmával és annak jelentőségével foglalkozunk.
Miért került újra középpontba a talaj? És mi is a talaj?
A talaj egy háromfázisú polidiszperz rendszer, ahol a három fázis a szilárd (ásványi és szerves anyagok), a folyékony (víz) és a légnemű (levegő). Mindháromra egyaránt szükség van, és mindhárom összefüggésben áll egymással.
A szerves anyagok rendkívül sokféle eredetűek lehetnek. Ide tartoznak a talajban és a felszín felett élő szervezetek, azok talajba került maradványai, valamint a bomlás különböző szakaszaiban visszamaradó összetett és egyszerű molekulák. Szerves anyag emberi tevékenység, például szerves trágyázás révén is kerülhet a talajba.
Mennyiségük jelentősen csökkenhet, ha az adott területen képződött biomasszát elszállítják, és nem gondoskodnak annak pótlásáról. Ugyancsak a szervesanyag-készlet csökkenéséhez vezethet a talaj mikroorganizmusainak visszaszorulása, valamint a lebontó folyamatok túlzott felgyorsulása.
Mit nevezünk szerves anyagnak a talajban?
A szerves anyagoknak meghatározó szerepük van a talajok termékenységében. Az ásványosodási folyamatok, vagyis a mineralizáció során a bennük lévő elemek felszabadulnak, a növények számára felvehető formába kerülnek, így tápanyagforrásként szolgálnak. Elsősorban nitrogén, foszfor és kén jut belőlük a talajba, ezért alapvetően befolyásolják a talaj tápanyagszolgáltató-képességét és termékenységét.
Emellett jelentős a szervesszén-tartalmuk is, amely az élő szervezetek egyik alapvető építőeleme. A talajok kétszer annyi szenet tartalmaznak, mint a teljes földi légkör, és háromszor annyit, mint amennyi a növényzetben található, ezért természetes széntárolóknak is tekinthetők. A szerves anyagok képződésükkor a légkör CO2-tartalmának egy részét a talajba kötik.
A talajban lévő szerves maradványok folyamatosan átalakulnak: lebomlanak, miközben mikrobák és biokémiai folyamatok révén újabb szerves anyagok is képződnek.
Lebomlás vagy épülés: így alakul át a szerves anyag
A mineralizációt az előbb már említettük, a mikroorganizmusok a szerves molekulákból azok bontásával energiát nyernek, közben a nagy, összetett vegyületekből, attól függően, milyen körülmények között zajlik, különböző anyagok szabadulnak fel.
A mineralizáció kétféle módon mehet végbe:
– levegőtlen körülmények között – például túl nedves, tömődött, rosszul levegőző talajban – metán, ammóniumion, ecetsav, vajsav, valamint mérgező gázok, például kén-hidrogén keletkezhetnek. Ezek a folyamatok nem kedveznek sem a talajéletnek, sem a termékenységnek.
– Jól levegőző talajban azonban a növények számára tápanyagként hasznosítható ionok – például nitrát-, kalcium- és magnéziumionok – képződnek. Ezek a talajoldatba kerülve, vagy a talaj különböző részecskéihez kötődve a növények számára felvehetővé válnak.
Általában a könnyebben bomló szerves anyagok ezen az úton alakulnak át, azaz bomlanak le ásványi anyagokká.
Az összetettebb, nehezebben bontható szerves anyagok egy másik, nagyon jelentős folyamaton is áteshetnek: ez a szintézis, vagyis az építő folyamat. Ennek egyik legfontosabb formája a humifikáció. Ilyenkor a kisebb molekulák nagyobb egységekké kapcsolódnak össze, azaz polimerizáció megy végbe, és polimerek képződnek. Sok esetben nitrogénvegyületek is részt vesznek ezekben a kapcsolódásokban. Ennek eredményeként nagy molekulatömegű, sötét színű anyagok jönnek létre: ezeket nevezzük humuszanyagoknak.
A képződő humusz egy része természetesen később mineralizálódhat, miközben újabb humuszanyagok is keletkezhetnek. Egy jól működő talajban ezek a folyamatok közel azonos mértékben zajlanak, vagyis a lebomló és a felépülő humusz mennyisége nagyjából egyensúlyban van. Azokban a talajokban, ahol a növényborítás közel állandó, a talaj jól levegőzött és nedves, valamint nagy a mikrobiológiai aktivitás, a humusztartalom megközelítőleg stabil maradhat.
Fontos ugyanakkor különbséget tenni a szerves anyagok és a humuszanyagok között. A szerves anyagok többnyire bomlásnak indult állati és növényi szövetek, illetve azok bomlástermékei a talajban. A humusz ezzel szemben ezekből a már lebomlott, majd újra felépült anyagokból áll.
Humusz: a talaj stabil szerves tartaléka
A humusz sötét színű, nagy molekulatömegű, összetett szerves anyagok keveréke, amely elhalt élőlények maradványaiból, aerob – vagyis oxigén jelenlétében zajló – körülmények között képződik. Rendkívül fontos szerepet tölt be a talajok kémiai, fizikai és biológiai tulajdonságainak javításában, vagyis a termékenység fenntartásában és növelésében. A humifikáció sokrétű, rendkívül összetett folyamatok összessége, ezért a humuszanyagok nem írhatók le egyetlen kémiai képlettel; szerkezeti felépítésük igen változatos.
A humuszon belül két nagy csoportot különböztetünk meg:
– nem valódi humuszanyagok: azok az anyagok, amelyek már felszabadultak az elhalt szervezetekből, de még nem mentek át a humifikáció folyamatán. Ide tartoznak többek között a fehérjék, peptidek, aminosavak, szerves savak, a lignin, valamint a különböző zsírok, olajok, gyanták és szénhidrátok.
– Valódi humuszanyagok: nagyon összetett, savas jellegű anyagok, amelyek három fő frakcióra különíthetők el: fulvosavakra, huminsavakra és huminokra.
A fulvosavak kisebb molekulájú anyagok. Savas jellegük a legerősebb, színük pedig a három csoport közül a legvilágosabb: sárga, vörösessárga vagy sárgásbarna lehet. Nagyobb mennyiségben főként savanyú, kisebb mikrobiális aktivitású talajokban fordulnak elő. A fulvosavak, valamint sóik és fémekkel alkotott komplexeik a talajoldatban jól oldódnak, ezért fontos szerepük van a fémionok mozgásában. Vízben savanyú és lúgos közegben egyaránt jól oldódnak.
A huminsavak szintén jelentős csoportot alkotnak. Színük sötétebb, molekulaméretük nagyobb, mint a fulvosavaké. Komplexképző tulajdonságuk miatt a talaj nyomelemeinek és tápanyagainak természetes kelátképzőiként működnek. Nélkülük a vas, a réz, a cink és más mikroelemek könnyen oldhatatlanná válhatnának a talajban, így a növények nem tudnák felvenni őket. Savas karakterük gyengébb, mint a fulvosavaké. Molekulatömegük alapján három főbb csoportjuk különíthető el. Vízben nem oldódnak.
A huminsavak közül a legkisebb molekulájúak a himatomelánsavak, amelyek átmeneti képződményeknek tekinthetők a többi huminsav irányába. Színük a sárgásbarnától a barnáig terjedhet.
A következő csoportot a barna huminsavak alkotják. Ezek molekulatömege már nagyobb, és nagyobb mennyiségben főként időszakosan levegőtlenebb talajokban keletkeznek, például barna erdőtalajokban vagy réti talajokban.
A huminsavak harmadik csoportját a szürke huminsavak jelentik, amelyek legnagyobb mennyiségben a csernozjom talajok humuszanyagaiban fordulnak elő. Ezek molekulatömege a legnagyobb, színük szürkésfekete. Savas karakterük a leggyengébb, nitrogéntartalmuk viszont a legmagasabb.
A humuszanyagok harmadik nagy csoportját a huminok alkotják. Fekete színűek, és az összes humuszanyag közül ezek a legstabilabbak: sem savas, sem lúgos közegben nem oldódnak, hanem szorosan kötődnek a talaj ásványi alkotóihoz.
Mit ad a humusz a talajnak?
A humusz talajaink nélkülözhetetlen alkotója. Részt vesz a talaj tápanyag-gazdálkodásában, jelentős hatással van annak szerkezetére, hő- és vízgazdálkodására, valamint pufferoló-képességére. A tápanyag-gazdálkodásban betöltött szerepe több szempontból is meghatározó.
Egyrészt tápanyagforrásként működik: a különböző humuszanyagok elsősorban nitrogént szolgáltathatnak. A talaj nitrogénkészletének több mint 95%-a szerves anyagokban raktározódik. Ezekből mikrobiális tevékenység révén molekulák hasadnak le, amelyek további mikrobák közreműködésével NO3–– és NH4+-ionokká alakulnak. Ezeket a növények már fel tudják venni a gyökereiken keresztül. Ez az ásványosodás folyamata: a szerves nitrogénből szervetlen vegyületek képződnek, így a növények számára korábban nem hozzáférhető forma felvehetővé válik.
A nitrogén mellett a foszfort és a ként is hasonló módon, elsődlegesen a humuszkészlet szolgáltatja. Ezért a talajvizsgálati eredményekben érdemes figyelni ezen tápanyagok szintjét, és elősegíteni, hogy a talajból felvehető formába kerüljenek. A műtrágyázás hatékonysága ugyanis korlátozott: a kijuttatott mennyiségből a talaj adottságaitól függően mindössze 30–60% hasznosulhat, jelentős része pedig lekötődik. A humuszmolekulák a talaj azon ásványi részeihez is kötődhetnek, amelyekhez egyébként a foszfátionok kapcsolódnának erőteljes kötéssel, immobilissá válva. Ilyen módon a humusz a foszfor növények számára történő felvehetőségét is segíti.
A humusz másik fontos szerepe a tápanyagok megőrzése. A humuszanyagok aktív felülete igen nagy, ezért sok tápanyagot képesek megkötni; vagyis jelentős az adszorbeáló képességük. Ilyen elem lehet a kén és a foszfor, de ide tartozhat a kalcium, a magnézium, valamint számos mikroelem, például a réz, a cink és a mangán is. Emellett a humuszanyagok a mérgező nehézfémeket is megköthetik, így mérsékelhetik azok növények általi felvételét.
Morzsás szerkezet, jobb víztartás
A humusz a talaj szerkezetére is kedvezően hat. A huminsavak a kalciumionokkal kalcium-humátot képeznek, amely vízben nem oldódik, víz hatására azonban megduzzad. Ez egyfajta természetes „ragasztóanyagként” működik: a talaj apró részecskéit nagyobb szemcsékké, aggregátumokká kapcsolja össze.
Ezek az összetapadt talajszemcsék jó levegőzöttséggel és vízraktározó-képességgel rendelkeznek, vagyis a szivacshoz hasonlóan viselkednek. Szerkezetük pórusokkal teli, ezért ha sok ilyen aggregátum van jelen a talajban, az morzsás szerkezetűvé, jó levegő- és vízgazdálkodásúvá válik. Ha a humuszanyagok a szervetlen anyagokkal, például agyagásványokkal kapcsolódnak össze, agyag-humusz komplexek keletkeznek, amelyeknek szintén fontos szerepük van a talajszerkezet kialakításában. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a humuszban gazdagabb talaj kevésbé hajlamos a porosodásra és a tömörödésre, vízgazdálkodása kedvezőbb, szerkezete pedig aprómorzsás, nem rögös.
A humusz és a vízgazdálkodás kapcsolata külön figyelmet érdemel. A humuszanyagok több vizet képesek felvenni, mint az agyagásványok, így jelentősen javítják a talaj vízmegtartóképességét. A hőgazdálkodásra is hatással vannak: a humusz sötét színe miatt az ilyen talajok jobban elnyelik a napsugarakat, ezért gyorsabban melegszenek. Ugyanakkor nagyobb szervesanyag-tartalmuk miatt gyorsabban is hűlhetnek, így például láptalajokon a tavaszi talajmenti fagyok nagyobb károkat okozhatnak. Összességében azonban a humuszanyagok által tárolt víz mérsékelheti a talaj hőingadozásait, ezért hatásuk ebből a szempontból is kedvező.
A humusz a talaj kémiai tulajdonságaira is pozitív hatást gyakorol. Elsősorban a pH gyors és drasztikus változásait képes mérsékelni, vagyis pufferként működik. A talajba kerülő nagyobb mennyiségű műtrágyák vagy más szintetikus anyagok savanyító hatású összetevőit a humuszsavak megköthetik. Lúgos kémhatású anyagok jelenlétében pedig hidrogénionok válhatnak le róluk, ami segíti a közömbösítést. Minél kisebb azonban a talaj humusztartalma, annál gyengébben működnek ezek a folyamatok.
A talaj gondoskodást kér, és meghálálja
A talajok humusztartalma hektáronként akár 250–300 tonna is lehet, humusz százalékban kifejezve pedig elérheti a 3,5–4%-ot, sőt, kedvező esetben akár meg is haladhatja azt. Ha átlagosan 200 tonna humusszal számolunk hektáronként, abból egy év alatt megközelítőleg 80–100 kg/ha nitrogén szabadulhat fel. Ez körülbelül 30–50%-ban fedezheti a termesztett növényállomány nitrogénigényét.
A homoktalajok humusztartalma ennek rendszerint csak töredéke: fele vagy harmada lehet egy csernozjom, barna erdő vagy réti talaj humusztartalmának. Természetesen ezekben a talajokban is csökkenhet a humusz mennyisége, aminek több oka is lehet.
Az egyik ilyen tényező a globális felmelegedés, hiszen a melegebb talajokban gyorsabb a szerves anyagok bomlása. A talajszerkezet szintén meghatározó: az aprómorzsás szerkezet több vizet tart meg, így kedvezőbb levegő-víz arányt biztosít. A rossz szerkezetű talaj ezzel szemben durvább alkotórészekből áll, levegőzöttsége nagyobb, ami elősegítheti a szerves és humuszanyagok gyorsabb lebomlását. A nedvesebb, az év jelentős részében nagyobb víztartalmú talajokban ezzel szemben inkább a szerves anyagok felhalmozódása jellemző.
A növényzet szintén fontos befolyásoló tényező. Nem mindegy, milyen növények borítják az adott területet, hiszen gazdasági növényeink gyökérrendszere eltérő, így különböző mennyiségű gyökértömeget és biomasszát hagynak vissza a talajban. A zöldtrágyakeverékek összeállításánál is érdemes ezt figyelembe venni, mert a gyökerek által hátrahagyott szerves maradvány legalább olyan fontos, mint a föld feletti növényi részek.
A talajművelés szintén erősen befolyásolja a talajszerkezetet és a humusztartalmat. Talajmunkáink során az alkalmazott eljárástól és technikától függően különböző módon és mélységben mozgatjuk át a talajt. Ezzel eltérő mértékben segítjük elő az oxigén bejutását és a talaj felmelegedését, mindkettő pedig gyorsíthatja a szerves anyagok bomlását. Az erózió és a defláció mértékét is jelentősen befolyásolhatjuk, ezek ugyanis szintén pusztíthatják a humuszos talajréteget.
Meg kell említeni a mezővédő erdősávok szerepét is. Sík területeken az erózió kevésbé jellemző, a szél okozta talajelhordás viszont annál nagyobb problémát jelenthet. A fasávok eltűnésével, illetve újratelepítés nélküli kivágásával a defláció komoly mértéket ölthet: a szél az egyre gyakrabban száraz felső talajréteget lassan, de folyamatosan koptatja.
Az európai talajok majdnem felének – országonként eltérő mértékben – alacsony a szervesanyag-tartalma. Magyarországon is egyre több probléma jelentkezik a talajok biológiai, fizikai és kémiai tulajdonságaival, ami végső soron a terméseredményekben és a gazdasági jövedelmezőségben is megmutatkozik. Növekvő termelési költségek, csökkenő hozamok és mérséklődő jövedelem mellett egyre nehezebb fenntarthatóan gazdálkodni. Mindenekelőtt azonban egyet nem szabad elfelejteni: termelésünk alapja a talaj, amely meghálálja az odafigyelést és a gondoskodást.
Dr. Dóka Lajos Fülöp, adjunktus
Dr. Szabó Éva, adjunktus
Dr. Szabó András, adjunktus
DE MÉK Növénytudományi Intézet
Agrárágazat Tudástár: Humusz – A humusz a talaj stabil, sötét színű szervesanyag-készlete, amely az elhalt növényi és állati maradványok lebomlása és átalakulása során jön létre. Kulcsszerepet játszik a talaj termékenységében, javítja a vízmegtartó képességet, elősegíti a tápanyagok megkötését és fokozatos feltáródását, valamint hozzájárul a morzsás talajszerkezet kialakulásához. A humuszban gazdag talaj ellenállóbb az aszállyal, az erózióval és a szélsőséges környezeti hatásokkal szemben.
